JP2015038522A - 映像表示装置及びバックライト制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 映像信号の特徴に基づくバックライトの制御により映像のコントラストを改善できる映像表示装置を実現する。【解決手段】 暗部面積算出モジュール８３１は映像信号の輝度ヒストグラムに基づいて暗部面積を算出する。この暗部面積に基づいて、バックライト下限値算出モジュール８３２はバックライトの出力輝度レベルの下限値を算出し、ディミング開始値算出モジュール８３３はディミング開始値を算出する。バックライトレベル算出モジュール８３４は、出力輝度レベルの下限値及びディミング開始値により決定される変換関数を用いて、入力輝度レベルに対応する出力輝度レベルを算出する。最大輝度レベル算出モジュール８４１は輝度ヒストグラムから最大輝度レベルを算出し、ゲイン最大値算出モジュール８４２はゲイン最大値を算出する。ゲイン算出モジュール８４３は、出力輝度レベルとゲイン最大値とに基づいて映像信号を増幅するゲインを算出する。乗算器８５は算出されたゲインで映像信号を補正する。【選択図】図３

Description

本発明は、映像信号に応じてバックライトを制御する映像表示装置及び該装置に適用されるバックライト制御方法に関する。

近年、発光ダイオードによるバックライト（ＬＥＤバックライト）を備える様々な液晶表示装置、例えば液晶テレビが開発されている。複数のＬＥＤが基板上に配置されたＬＥＤバックライトは、個々のＬＥＤの光量をそれぞれ制御する部分制御が可能である。ＬＥＤバックライトを備える液晶テレビは、入力される映像信号に応じて複数のＬＥＤのそれぞれを制御できることで、コントラストを拡大できると共に、バックライトに要する電力を低減することができる。

特許文献１には、光源による部分点灯動作を行う装置において、表示される映像の画質を向上させる液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置は、低輝度領域の画素の輝度が、近傍の高輝度領域に照射される光の漏れによって明るく表示されることによる画質の低下を抑制することができる。

特開２００９−１１６０１２号公報

特許文献１の液晶表示装置では、近傍の高輝度領域に照射される光による光漏れを考慮して低輝度領域の輝度を補正する。しかし、部分制御の対象となる部分領域内に暗部と明部とが混在する際に、当該部分領域に対して明部に合わせた輝度レベルが設定された場合、最暗部の沈み込み（暗さ）やコントラストを十分に表現することは困難である。例えば、夜空に花火が打ち上げられたシーンを捉えた映像には、映像内に非常に暗い部分と非常に明るい部分とが混在する。この際、いずれかの部分に合わせた出力輝度レベルによって映像を表示した場合、入力映像信号に基づく、本来表示すべき映像を表現することは困難である。

本発明は上述の事情を考慮してなされたものであり、映像信号の特徴に基づくバックライトの制御により映像のコントラストを改善できる映像表示装置及びバックライト制御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、本発明の映像表示装置は、映像信号の画素の輝度レベルに基づいてヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、前記ヒストグラムに基づいて、バックライトの輝度レベルの下限値を算出するバックライト下限値算出手段と、前記ヒストグラムに基づいて、ディミングを開始するディミング開始値を算出するディミング開始値算出手段と、前記輝度レベルの下限値と前記ディミング開始値とに基づいて、前記バックライトの輝度レベルを算出するバックライトレベル算出手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、映像信号の特徴に基づくバックライトの制御により映像のコントラストを改善できる。

本発明の一実施形態に係る映像表示装置の構成の例を示すブロック図。 同実施形態の映像表示装置に設けられるバックライト制御・映像補正モジュールの構成の例について説明するブロック図。 図２のバックライト制御・映像補正モジュールの詳細な構成の例を示すブロック図。 図２のバックライト制御・映像補正モジュールにより決定される映像信号の出力輝度と入力輝度との関係の例を示す図。 図２のバックライト制御・映像補正モジュールにより算出される暗部面積及び明部最大値の例について説明する図。 図２のバックライト制御・映像補正モジュールにより決定されるバックライト下限値と暗部面積との関係の例を示す図。 図２のバックライト制御・映像補正モジュールにより決定されるディミング開始値と暗部面積との関係の例を示す図。 図２のバックライト制御・映像補正モジュールにより決定される最大ゲインと明部最大値との関係の例を示す図。 同実施形態の映像表示装置によるバックライト制御処理の手順の例を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る映像表示装置の一例としてのデジタルテレビジョン受信機（液晶テレビ）１１を説明する。

デジタルテレビジョン受信機１１は、映像表示モジュール１４、スピーカ１５、操作モジュール１６、受光モジュール１８、放送信号入力端子４８，５３、アナログ信号入力端子６０、出力端子６３，６４、チューナ４９，５４，５６、ＰＳＫ復調器５０、ＯＦＤＭ復調器５５、アナログ復調器５７、信号処理モジュール５１、音声処理モジュール５９、グラフィック処理モジュール５８、映像処理モジュール６２、ＯＳＤ信号生成モジュール６１、制御モジュール６５、バックライト制御・映像補正モジュール６９等を備える。

また、放送信号入力端子４８及び放送信号入力端子５３には、それぞれＢＳ／ＣＳデジタル放送受信用アンテナ４７及び地上波放送受信用アンテナ５２が接続される。受光モジュール１８は、リモートコントローラ１７から出力される信号を受信する。

制御モジュール６５は、デジタルテレビジョン受信機１１内の各部の動作を制御する。制御モジュール６５は、ＣＰＵ７０、ＲＯＭ６６、ＲＡＭ６７、及び不揮発性メモリ６８を備える。ＲＯＭ６６は、ＣＰＵ７０によって実行される制御プログラムを格納する。不揮発性メモリ６８は、各種の設定情報及び制御情報を格納する。ＣＰＵ７０は、処理に必要な命令群及びデータをＲＡＭ６７にロードし、処理を実行する。

制御モジュール６５には、操作モジュール１６による操作情報、もしくは受光モジュール１８で受信されるリモートコントローラ１７による操作情報が入力される。制御モジュール６５は、この操作内容を反映した各部の制御を行う。

ＢＳ／ＣＳデジタル放送受信用アンテナ４７は、衛星デジタルテレビジョン放送信号を受信する。ＢＳ／ＣＳデジタル放送受信用アンテナ４７は、受信した衛星デジタルテレビジョン放送信号を、入力端子４８を介して衛星デジタル放送用のチューナ４９に出力する。チューナ４９は、この放送信号からユーザが選択しているチャンネルの放送信号を選局する。チューナ４９は、選局した放送信号をＰＳＫ復調器５０に出力する。ＰＳＫ（Phase Shift Keying）復調器５０は、チューナ４９により選局された放送信号をデジタルの映像信号及び音声信号に復調する。ＰＳＫ復調器５０は、復調したデジタルの映像信号及び音声信号を信号処理モジュール５１に出力する。

地上波放送受信用アンテナ５２は、地上デジタルテレビジョン放送信号及び地上アナログテレビジョン放送信号を受信する。地上波放送受信用アンテナ５２は、地上デジタルテレビジョン放送信号を、入力端子５３を介してチューナ５４に出力する。チューナ５４は、この放送信号からユーザが選択しているチャンネルの放送信号を選局する。チューナ５４は、選局した放送信号をＯＦＤＭ復調器５５に出力する。ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）復調器５５は、チューナ５４により選局された放送信号をデジタルの映像信号及び音声信号に復調する。ＯＦＤＭ復調器５５は復調したデジタルの映像信号及び音声信号を信号処理モジュール５１に出力する。

また、地上波放送受信用アンテナ５２は、地上アナログテレビジョン放送信号を、入力端子５３を介して地上アナログ放送用のチューナ５６に出力する。チューナ５６は、この放送信号からユーザが選択しているチャンネルの放送信号を選局する。チューナ５６は選局した放送信号をアナログ復調器５７に出力する。アナログ復調器５７は、チューナ５６により選局された放送信号をアナログの映像信号及び音声信号に復調する。アナログ復調器５７は、復調したアナログの映像信号及び音声信号を信号処理モジュール５１に出力する。

また、信号処理モジュール５１には、入力端子６０が接続される。この入力端子６０は、デジタルテレビジョン受信機１１に対して、外部からアナログの映像信号及び音声信号を入力するための端子である。信号処理モジュール５１は、アナログ復調器５７又は入力端子６０を介して入力されたアナログの映像信号及び音声信号を、それぞれデジタルの映像信号及び音声信号に変換する。

信号処理モジュール５１は、変換されたデジタルの映像信号及び音声信号、並びにＰＳＫ復調器５０又はＯＦＤＭ復調器５５から入力されたデジタルの映像信号及び音声信号に対して所定のデジタル信号処理を施す。信号処理モジュール５１は、所定のデジタル信号処理を施した映像信号及び音声信号を、グラフィック処理モジュール５８及び音声処理モジュール５９に出力する。

また、信号処理モジュール５１は、ヒストグラム算出モジュール５１１を備える。信号処理モジュール５１に入力された処理対象の映像信号のうち、輝度信号（Ｙ）がヒストグラム算出モジュール５１１に入力される。ヒストグラム算出モジュール５１１は、輝度信号（Ｙ）からヒストグラムを生成し、生成したヒストグラムを、制御モジュール６５等を介してバックライト制御・映像補正モジュール６９に出力する。

具体的には、ヒストグラム算出モジュール５１１は、映像の輝度信号（Ｙ）が入力されたことに応答して処理を開始する。ヒストグラム算出モジュール５１１は、映像信号の画素の輝度レベルに基づいて、ヒストグラムを生成する。具体的には、ヒストグラム算出モジュール５１１は、映像信号のフレーム毎に、輝度レベル毎の画素数を算出する。以下では、輝度レベルがｎ段階に分割されることを想定する。なお、輝度レベルの分割数ｎは十分に細かいものとする（例えば、ｎ＝２５６）。

音声処理モジュール５９は、入力されたデジタル音声信号を、スピーカ１５で再生可能なアナログ音声信号に変換する。音声処理モジュール５９は、このアナログ音声信号をスピーカ１５に出力する。スピーカ１５は、入力されたアナログ音声信号に基づいて音声を再生する。音声処理モジュール５９はさらに、出力端子６４を介してアナログ音声信号を外部に導出してもよい。

グラフィック処理モジュール５８は、信号処理モジュール５１から出力されるデジタル映像信号に、ＯＳＤ（On Screen Display）信号生成モジュール６１で生成されるメニュー等のＯＳＤ信号を重畳する。グラフィック処理モジュール５８は、ＯＳＤ信号が重畳された映像信号を映像処理モジュール６２に出力する。また、グラフィック処理モジュール５８は、信号処理モジュール５１の出力である映像信号と、ＯＳＤ信号生成モジュール６１の出力であるＯＳＤ信号とを選択的に出力してもよい。

映像処理モジュール６２は、入力されたデジタル映像信号を、映像表示モジュール１４で表示可能なアナログ映像信号に変換する。映像処理モジュール６２は、このアナログ映像信号をバックライト制御・映像補正モジュール６９に出力する。映像処理モジュール６２はさらに、出力端子６３を介してアナログ映像信号を外部に導出してもよい。

バックライト制御・映像補正モジュール６９は、映像処理モジュール６２から入力されたアナログ映像信号と、制御モジュール６５を介してヒストグラム算出モジュール５１１から入力されたヒストグラムとを用いて、ＬＥＤバックライト制御レベル（出力輝度レベル）と補正された映像信号とを算出する。具体的には、まず、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、映像の輝度信号のヒストグラムを分析し、このヒストグラムの特徴に基づいて、ＬＥＤバックライト制御レベルの可変幅と、ＬＥＤバックライト制御レベルの変化に合わせた映像の補正量（ゲイン）の可変幅とを制御する。輝度信号のヒストグラムの特徴は、例えば、暗部面積と最大輝度レベルである。暗部面積は、ヒストグラムに基づいて算出される、しきい値より小さい輝度レベルの各々に対応する画素数の総和を示す。最大輝度レベルは、画素数がしきい値以上である輝度レベルのうち、最大である輝度レベルを示す。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、暗部面積に基づいて制御されたＬＥＤバックライト制御レベルの可変幅に従って、入力映像信号に対応する出力輝度レベルを算出する。また、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、最大輝度レベルに基づいて制御された補正量の可変幅に従って、入力映像信号を補正する。そして、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、算出されたＬＥＤバックライト制御レベル（出力輝度レベル）と補正された映像信号とを映像表示モジュール１４に出力する。

映像表示モジュール１４は、液晶パネル１４１とＬＥＤバックライト１４２とを備える。液晶パネル１４１は、補正された映像信号に基づいて映像を表示する。補正された映像信号は、ヒストグラムに基づいて決定されるゲインにより増幅された映像信号である。ＬＥＤバックライト１４２は、入力されたＬＥＤバックライト制御レベルに基づいて、ＬＥＤバックライト１４２を構成する複数のＬＥＤをそれぞれ制御する。つまり、ＬＥＤバックライト１４２は、入力されたＬＥＤバックライト制御レベルに応じて、複数のＬＥＤの各々から液晶パネル１４１に向かって照射される光量を設定する。ＬＥＤバックライト制御レベルは、例えば、輝度レベルを制御する最小の単位である部分領域毎に設定されるバックライト値を含む。

図２は、デジタルテレビジョン受信機１１におけるバックライト制御・映像補正モジュール６９の配置の例について説明するブロック図である。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、例えば、入力映像信号に対する全ての映像処理が完了した後であって、映像表示モジュール１４に各種の処理が施された映像信号を出力する位置に配置される。

図２に示すように、映像処理モジュール６２は、輝度信号（Ｙ）、色差信号（Ｃｂ）、及び色差信号（Ｃｒ）を含む映像信号をバックライト制御・映像補正モジュール６９に出力する。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、ＬＥＤバックライト１４２の出力輝度レベルを制御できる最小の単位を示す部分領域毎に、当該部分領域に適切な出力輝度レベルと、それに応じた補正を施した映像信号を算出する。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、補正が施された映像信号（ＲＧＢ信号）を液晶パネル１４１に出力する。また、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、ＬＥＤバックライト１４２に出力輝度レベル（ＬＥＤバックライト制御レベル）を出力する。

図３は、バックライト制御・映像補正モジュール６９の構成の例を示すブロック図である。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、ＲＧＢ変換モジュール８１、空間フィルタ８２、バックライト制御モジュール８３、ゲイン制御モジュール８４、乗算器８５を備える。バックライト制御モジュール８３及びゲイン制御モジュール８４には、上述のヒストグラム算出モジュール５１１によって算出された入力映像信号のフレーム毎のヒストグラムが入力される。

ＲＧＢ変換モジュール８１は、入力映像信号（輝度信号（Ｙ）、色差信号（Ｃｂ）、及び色差信号（Ｃｒ））を、液晶パネル１４１で処理可能なＲＧＢ信号に変換する。ＲＧＢ変換モジュール８１は、変換したＲＧＢ信号を空間フィルタ８２及び乗算器８５に出力する。

空間フィルタ８２は、複数のＬＥＤが配置されたＬＥＤバックライト１４２を部分制御するために、部分制御の最小単位である部分領域に対応する平面光源の減衰特性や、当該部分領域に隣接する部分領域に対応する平面光源による影響（光の漏れ等）を考慮した映像信号を算出している。空間フィルタ８２は、算出した映像信号をバックライト制御モジュール８３に出力する。

バックライト制御モジュール８３は、暗部面積算出モジュール８３１、バックライト下限値算出モジュール８３２、ディミング開始値算出モジュール８３３、及びバックライトレベル算出モジュール８３４を備える。バックライト制御モジュール８３は、部分領域毎のバックライト値（出力輝度レベル）を決定する。

図４は、入力輝度レベルと出力輝度レベルとの関係を表す変換関数の例を示す。入力輝度レベルと出力輝度レベルとの変換関数は、例えば、入力輝度レベル＝出力輝度レベルである線形関数２０１で示される。この場合、ＬＥＤバックライト１４２には、入力輝度レベルそのままの出力輝度レベル（バックライト値）が設定される。

しかし、ＬＥＤバックライト１４２の特長である消費電力の抑制やコントラストの拡大を実現するためには、映像信号の特徴に応じてＬＥＤバックライト１４２を制御する必要がある。本実施形態では、映像信号の特徴に応じて、ＬＥＤバックライト１４２の出力輝度レベルと映像信号を増幅するゲインとを部分領域毎に制御する。例えば、バックライト制御モジュール８３は、制御対象の部分領域に対して、ＬＥＤバックライト１４２の出力輝度レベルを小さく設定して、映像信号を増幅するゲインを大きく設定する。この場合、ユーザに知覚される光量は変化させずに、消費電力を削減することができる。

一般に、ＬＥＤバックライト１４２の消費電力は、液晶パネル１４１の消費電力よりも大きく、デジタルテレビジョン受信機１１（液晶テレビ）全体の消費電力に占める割合も高い。このため、ＬＥＤバックライト１４２の消費電力の抑制は、液晶テレビ全体の消費電力の削減に対する効果が高い。

また、ＬＥＤバックライト１４２を暗くしたとき、映像は暗くなる。また、制御対象の部分領域全体が一定の明るさ（輝度）である場合を除き、当該部分領域内の画素は様々な明るさに分布する（様々な輝度を有する）。このため、ＬＥＤバックライト１４２を暗くした量に応じて、映像信号をゲイン補正することで、当該部分領域の最も明るい部分はそのままの明るさに保たれ、暗い部分を沈める（すなわち、明るさを抑える）ことができる。例えば、ＬＥＤバックライト１４２の明るさを１／２にした場合、映像信号の明るさを２倍にすることで、最大輝度レベル（ピーク）の明るさを見かけ上、同じにすることができる。このようにして、画面内の明るい部分をしっかりと発光し、暗い部分を沈めることによって、均一光源によるバックライト（例えば、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ））を用いた液晶パネルよりも、コントラストを向上させることができる。

しかし、部分領域毎に設定されるバックライト値によっては、隣接する部分領域からの光漏れ等に起因する不具合が生じる可能性がある。例えば、隣接する部分領域間でバックライト値の差が大きいとき、暗い方の部分領域に対する光漏れの影響が大きいために、表示すべき暗さが得られない可能性がある。また、花火のように夜空に光点が複数存在するような映像の場合、この光点に合わせてバックライト値が設定されるために、バックライトが絞りきれない（バックライト値が下げられない）可能性がある。

このため、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、映像信号の輝度ヒストグラムを分析して映像の暗部面積を算出し、算出した暗部面積に応じて、入力輝度レベルと出力輝度レベルとの関係を表す変換関数を決定する。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、暗部面積に応じて、バックライト（出力輝度レベル）の下限値とディミング開始値とを変更する。つまり、暗闇や夜間のシーンなど、暗部面積が大きい映像では、変換関数に対してアグレッシブに変更を加えることで、コントラストの高い映像が生成される。なお、暗部面積が小さい、通常のシーン（例えば、昼間や明るい室内のシーン）の映像では、変換関数に対する変更は抑えられ、不具合が出ないように設定される。

図４に示す関数２０２は、本実施形態で用いられる入力輝度レベルと出力輝度レベルとの関係を表す変換関数の一例である。関数２０２は、出力輝度レベルの上限値（基本バックライト値）及び下限値、並びに入力輝度レベルにおけるディミング開始値によって決定される。

関数２０２では、入力輝度レベルが入力輝度レベルの最大値からディミング開始値までの値をとる場合、出力輝度レベルは、出力輝度レベルの上限値（基本バックライト値）をとる。つまり、映像中で輝度が高い領域（明部）は、規定されたバックライト値で表示される。また、関数２０２では、入力輝度レベルがディミング開始値よりも小さい値をとる場合、出力輝度レベルは、入力輝度レベルが低くなるに従って、出力輝度レベルの上限値から下限値に向かって線形に低くなる。つまり、映像中で輝度が低い領域（暗部）は、入力輝度レベルが低くなるに従って暗く表示される。

関数２０２は、上述のように、出力輝度レベルの上限値（基本バックライト値）及び下限値、並びに入力輝度レベルにおけるディミング開始値によって決定される。バックライト制御モジュール８３には、メニュー画面等を用いて設定された基本バックライト値が入力される。バックライト制御モジュール８３は、この基本バックライト値を出力輝度レベルの上限値（基本バックライト値）に設定する。また、バックライト制御モジュール８３は、出力輝度レベルの下限値、及び入力輝度レベルにおけるディミング開始値を、ヒストグラム算出モジュール５１１によって算出されたヒストグラムを分析して決定する。

ヒストグラムは、処理対象の映像フレームに含まれる画素を、輝度レベル毎にカウントした輝度レベル毎の画素数を示す。暗部面積算出モジュール８３１は、この輝度レベル毎の画素数を用いて、しきい値より小さい輝度レベルの各々に対応する画素数の総和（累積値）を算出する。算出した総和は、輝度が低い（暗い）部分の画素数の総和を示し、暗部面積とも称する。暗部面積算出モジュール８３１は、図５に示すように、例えば、最小の輝度レベルから６番目の輝度レベルまでの各々に対応する画素数の総和を算出する。また、暗部面積算出モジュール８３１は、例えば最小の輝度レベル（ペデスタルレベル）から所定の輝度レベル（例えば、２０ＩＲＥ）までの各々に対応する画素数の総和を算出する。暗部面積算出モジュール８３１は、算出した暗部面積をバックライト下限値算出モジュール８３２とディミング開始値算出モジュール８３３に出力する。

本実施形態では、最暗部の沈み込み（最暗部がユーザによって知覚される暗さ）と、暗部の階調（コントラスト）を重視するため、画像（映像フレーム）全体に占める暗部面積の割合が大きいときには、出力輝度レベルの下限値を下げ、ディミングが大きな入力輝度レベルから開始されるように、ディミング開始値を大きく設定する。

バックライト下限値算出モジュール８３２は、暗部面積算出モジュール８３１により算出された、暗部面積に基づいて、出力輝度レベルの下限値（バックライト下限値）を算出する。バックライト下限値算出モジュール８３２は、例えば、図６に示すような変換係数を用いて、暗部面積に対応する出力輝度レベルの下限値を取得する。

図６は、暗部面積Ｄ_ｌｖｌと出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}との関係を表す変換関数の例を示す。この変換関数では、暗部面積Ｄ_ｌｖｌが０からしきい値未満の値をとる場合、出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}には、所定の値が設定される。また、暗部面積Ｄ_ｌｖｌがしきい値以上の値をとる場合、出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}には、暗部面積Ｄ_ｌｖｌが増加するにつれて線形に減少する値が設定される。

バックライト下限値算出モジュール８３２は、取得した出力輝度レベルの下限値をバックライトレベル算出モジュール８３４に出力する。

ディミング開始値算出モジュール８３３は、暗部面積算出モジュール８３１により算出された暗部面積に基づいて、入力輝度レベルにおいてディミングを開始するディミング開始値を算出する。ディミング開始値算出モジュール８３３は、例えば、図７に示すような変換係数を用いて、暗部面積に対応するディミング開始値を取得する。

図７は、暗部面積Ｄ_ｌｖｌとディミング開始値ＤＩＭ_{ｓｔａｒｔ}との関係を表す変換関数の例を示す。この変換関数では、暗部面積Ｄ_ｌｖｌが０から第１のしきい値未満の値をとる場合、出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}には、第１の所定の値が設定される。暗部面積Ｄ_ｌｖｌが第１のしきい値から第２のしきい値未満の値をとる場合、出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}には、暗部面積Ｄ_ｌｖｌが増加するにつれて線形に増加する値が設定される。また、暗部面積Ｄ_ｌｖｌが第２のしきい値以上の値をとる場合、出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}には、第２の所定の値が設定される。

ディミング開始値算出モジュール８３３は、取得したディミング開始値をバックライトレベル算出モジュール８３４に出力する。

バックライトレベル算出モジュール８３４は、バックライト制御モジュール８３に入力される出力輝度レベルの上限値（基本バックライト値）、バックライト下限値算出モジュール８３２により算出される出力輝度レベルの下限値、及びディミング開始値算出モジュール８３３により算出されるディミング開始値によって決定される、図４の変換関数２０２に従って、部分領域毎の出力輝度レベルを決定する。ＬＥＤバックライト１４２は、決定された部分領域毎の出力輝度レベルで、当該部分領域に対応する光源（ＬＥＤ）を点灯させる。

また、例えば、変換関数２０２を決定した際に算出された暗部面積よりも、さらに大きな暗部面積を有する映像が入力された場合、バックライト下限値算出モジュール８３２は出力輝度レベルの下限値にさらに小さな値を算出し、ディミング開始値算出モジュール８３３はディミング開始値にさらに大きな値を算出する。したがって、変換関数２０２を決定した際に算出された暗部面積よりも、さらに大きな暗部面積を有する映像が入力された場合、バックライトレベル算出モジュール８３４は、例えば変換関数２０３を用いて、入力輝度レベルから出力輝度レベルを決定する。図４に示すように、変換関数２０３の出力輝度レベルの下限値には、変換関数２０２の出力輝度レベルの下限値よりも小さな値が設定されている。また、変換関数２０３のディミング開始値には、変換関数２０２のディミング開始値よりも大きな値が設定されている。

バックライトレベル算出モジュール８３４は、上述のように、輝度ヒストグラムから算出される暗部面積に応じて、入力輝度レベルから対応する出力輝度レベルを求めるための変換関数を決定する。そして、バックライトレベル算出モジュール８３４は、決定した変換関数を用いて、映像の部分領域毎の出力輝度レベルを算出する。バックライトレベル算出モジュール８３４は、算出した出力輝度レベルを映像表示モジュール１４とゲイン制御モジュール８４とに出力する。

ゲイン制御モジュール８４は、最大輝度レベル算出モジュール８４１、ゲイン最大値算出モジュール８４２、及びゲイン算出モジュール８４３を備える。ゲイン制御モジュール８４はバックライトレベル算出モジュール８３４により算出された出力輝度レベルに応じて、映像信号を補正するためのゲインを算出する。ゲイン制御モジュール８４は、出力輝度レベルが下げられた場合にはゲインを大きく設定し、出力輝度レベルが上げられた場合にはゲインを小さく設定する。つまり、出力輝度レベル（バックライト値）が下げられたときには、最大輝度レベル（ピーク値）に対応する画素の明るさを一定に保つように、入力映像を増幅（アンプ）する。しかし、液晶パネル１４１で表示可能な輝度レベル（ダイナミックレンジ）は予め決まっているため、映像信号をゲインによって増幅しても、ダイナミックレンジを越える輝度レベルが飽和して表示されてしまう可能性がある。つまり、表示される映像が明部側に潰れてしまい、映像の情報が失われてしまう。

これを回避するため、最大輝度レベル算出モジュール８４１は、ヒストグラム算出モジュール５１１により算出された輝度ヒストグラムに基づいて、最大輝度レベル（明部最大値）を検出する。そして、ゲイン最大値算出モジュール８４２は、最大輝度レベルに基づいて、映像信号の補正に用いるゲインの最大値を算出する。具体的には、ゲイン最大値算出モジュール８４２は、例えば、最大輝度レベルが大きい（ダイナミックレンジの最大値に近い）場合、映像信号に対してゲインによる補正が施されないように、ゲインの最大値に１（又は、１に近い値）を設定する。つまり、最大輝度レベルが大きい場合には、バックライトを絞ったことに対応して映像信号に施されるゲイン調整において、ゲインの最大値を下げる。これにより、映像信号に対する過補正による飽和現象を回避することができる。

以下では、ゲイン最大値の算出方法について説明する。

最大輝度レベル算出モジュール８４１は、ヒストグラム算出モジュール５１１から入力された輝度信号のヒストグラム（すなわち、輝度レベル毎の画素数）から、画素数がしきい値以上である最大の輝度レベル（明部最大値）を算出する。最大輝度レベル算出モジュール８４１は、例えば、図５に示すように、最大の輝度レベルから順に画素数がしきい値以上である輝度レベルを探索して、明部最大値を算出する。画素数がしきい値以上である輝度レベルを探索することにより、ノイズによって発生した画素に対応する輝度レベルが、明部最大値に設定されることを回避する。そして、ゲイン最大値算出モジュール８４２は、決定した明部最大値に基づいて、映像信号を増幅するためのゲインの最大値であるゲイン最大値を算出する。

図８は、明部最大値Ｂ_ｌｖｌとゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘとの関係を表す変換関数の例を示す。この変換関数では、明部最大値Ｂ_ｌｖｌが０からしきい値未満の値をとる場合、ゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘには、明部最大値Ｂ_ｌｖｌが増加するにつれて線形に減少する値が設定される。また、明部最大値Ｂ_ｌｖｌがしきい値以上の値をとる場合、出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}には、所定の値（例えば、１．０）が設定される。

ゲイン最大値算出モジュール８４２は、図８に示すような明部最大値Ｂ_ｌｖｌとゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘとの関係を表す変換関数により、算出した明部最大値Ｂ_ｌｖｌに対応するゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘを算出する。

ゲイン算出モジュール８４３は、バックライト制御モジュール８３から入力された部分領域毎の出力輝度レベルと、算出したゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘとに基づいて、映像信号を部分領域毎に補正（増幅）するためのゲインを算出する。ゲイン算出モジュール８４３は、算出したゲインを乗算器８５に出力する。

乗算器８５は、ゲイン算出モジュール８４３から入力されたゲインに基づいて、ＲＧＢ変換モジュール８１から入力されたＲＧＢ信号を補正（増幅）する。乗算器８５は、補正したＲＧＢ信号を映像表示モジュール１４に出力する。

映像表示モジュール１４に設けられた液晶パネル１４１は、補正されたＲＧＢ信号に基づいて映像を表示する。また、ＬＥＤバックライト１４２は、算出された出力輝度レベル（ＬＥＤバックライト制御レベル）に応じて、複数のＬＥＤの各々から照射される光量を設定し、これらＬＥＤを点灯する。

図９は、ヒストグラム算出モジュール５１１によって算出されたヒストグラムを用いた、バックライト制御・映像補正モジュール６９によるバックライト制御処理の手順の例を示すフローチャートである。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、ヒストグラムに基づいて、バックライト下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}，ディミング開始値ＤＩＭ_{ｓｔａｒｔ}，及びゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘを算出する。

まず、ヒストグラム算出モジュール５１１は、画素の輝度レベルに基づいて、入力された輝度信号（Ｙ）からフレーム毎にヒストグラムを生成する（ステップＳ１０１）。具体的には、ヒストグラム算出モジュール５１１は、輝度信号（Ｙ）に含まれるフレーム毎の画素を、輝度レベル毎にカウントすることによって輝度レベル毎の画素数Ｄａｔａ（１）〜Ｄａｔａ（ｎ）を算出する。ｎは、輝度のダイナミックレンジがｎ個に分割されていることを示す。

次に、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、暗部面積を示す累積加算値を算出するための変数Ｄ_ｌｖｌを初期化する（ステップＳ１０２）。具体的には、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、変数Ｄ_ｌｖｌに０を設定する。

次いで、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、繰り返し処理（ループＡ）のための変数ｉに１を設定する（ステップＳ１０３）。変数ｉは１からＤ_ｌｋの値を取り得る。なお、Ｄ_ｌｋは暗部面積（累積加算値）算出の対象とする最大の輝度レベルを表す。したがって、Ｄ_ｌｋ＜ｎである。

バックライト制御・映像補正モジュール６９は、変数Ｄ_ｌｖｌに輝度レベルｉに対応する画素数Ｄａｔａ（ｉ）を加える（ステップＳ１０４）。そして、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、変数ｉがＤ_ｌｋ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。変数ｉがＤ_ｌｋ未満である場合、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、変数ｉに１を加えて、ループＡ内の処理を再度行う。一方、変数ｉがＤ_ｌｋ以上である場合、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、ループＡの処理を終了する。その際、変数Ｄ_ｌｖｌに設定されている値が、暗部面積（累積加算値）を示す。

次いで、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、繰り返し処理（ループＢ）のための変数ｊにｎを設定する（ステップＳ１０６）。変数ｊはｎから１の値を取り得る。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、ループＢの処理によって、輝度レベルが高い方から順に、輝度レベル毎の画素数を探索する。そして、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、明部判定しきい値ＴＨ_Ｂより大きい画素数が設定された輝度レベルを、明部最大値に設定する。明部判定しきい値ＴＨ_Ｂを用いることにより、ノイズによって発生した画素に対応する輝度レベルが、明部最大値に設定されることを回避する。

バックライト制御・映像補正モジュール６９は、明部最大値を算出するための変数Ｂ_ｌｖｌにｊを設定する（ステップＳ１０７）。そして、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、輝度レベルｊに対応する画素数Ｄａｔａ（ｊ）が明部判定しきい値ＴＨ_Ｂより大きいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。輝度レベルｊに対応する画素数Ｄａｔａ（ｊ）が明部判定しきい値ＴＨ_Ｂ以下である場合（ステップＳ１０８のＮＯ）、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、変数ｊが１より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０９）。変数ｊが１より大きい場合、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、変数ｊから１を引いて、ループＢ内の処理を再度行う。一方、変数ｊが１以下である場合、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、ループＢの処理を終了する。

輝度レベルｊに対応する画素数Ｄａｔａ（ｊ）が明部判定しきい値ＴＨ_Ｂより大きい場合（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、図６に示すような暗部面積Ｄ_ｌｖｌと出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}との関係を示す変換関数に、ループＡで算出された暗部面積Ｄ_ｌｖｌを代入して、対応する出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}を算出する（ステップＳ１１０）。

次いで、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、図７に示すような暗部面積Ｄ_ｌｖｌとディミング開始値ＤＩＭ_{ｓｔａｒｔ}との関係を示す変換関数に、ループＡで算出された暗部面積Ｄ_ｌｖｌを代入して、対応するディミング開始値ＤＩＭ_{ｓｔａｒｔ}を算出する（ステップＳ１１１）。

そして、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、図８に示すような明部最大値Ｂ_ｌｖｌとゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘとの関係を示す変換関数に、ループＢで算出された明部最大値Ｂ_ｌｖｌを代入して、対応するゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘを算出する（ステップＳ１１２）。

バックライト制御・映像補正モジュール６９は、算出した出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}，ディミング開始値ＤＩＭ_{ｓｔａｒｔ}，及びゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘを、バックライト制御・映像補正モジュール６９内の各部に設定する（ステップＳ１１３）。

上述の処理により、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、映像の特徴に応じて、バックライト下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}，ディミング開始値ＤＩＭ_{ｓｔａｒｔ}，及びゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘを決定する。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、算出した出力輝度レベルの下限値ＢＬ_{ｕｎｄｅｒ}とディミング開始値ＤＩＭ_{ｓｔａｒｔ}とに基づいて、入力輝度レベルから対応する出力輝度レベルを算出するための変換関数を決定する。そして、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、決定した変換関数を用いて、ＬＥＤバックライト１４２の出力輝度レベルを決定する。また、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、決定した出力輝度レベルとゲイン最大値ＧＡＩＮ_ｍａｘとに基づいて、液晶パネル１４１に出力される映像信号を補正する。

以上説明したように、本実施形態によれば、映像信号の特徴に基づくバックライトの制御により映像のコントラストを改善できる。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、入力映像信号の輝度レベルから対応する出力輝度レベルを算出するための変換関数を、映像信号の特徴に基づいて変更する。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、フレーム毎の輝度ヒストグラムに基づいて、映像の暗い部分の大きさを示す暗部面積を算出する。そして、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、算出した暗部面積が大きい場合には、出力輝度レベルの下限値を下げ、ディミングを開始するディミング開始値を上げるように、変換関数を決定する。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、変更した変換関数を用いて、入力映像信号の輝度レベルから対応する出力輝度レベルを算出する。これにより本実施形態では、映像の最暗部の沈み込み（最暗部がユーザによって知覚される暗さ）と、暗部の階調（コントラスト）とを効果的に表現できる。

また、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、フレーム毎の輝度ヒストグラムに基づいて、映像の最大輝度レベルを検出する。そして、バックライト制御・映像補正モジュール６９は、検出した最大輝度レベルに応じたゲイン最大値を算出する。バックライト制御・映像補正モジュール６９は、変換関数を用いて算出した出力輝度レベルと算出したゲイン最大値とに基づいて、映像信号を増幅するためのゲインを算出する。これにより本実施形態では、算出した出力輝度レベルのみに基づいてゲインを算出した場合に生じる、映像の明部における輝度レベルの飽和を回避できる。

なお、入力輝度レベルから対応する出力輝度レベルを算出する変換関数は、入力輝度レベルと出力輝度レベルとの対応を記述したデータ等であってもよい。

また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いく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。

５１１…ヒストグラム算出モジュール、６９…バックライト制御・映像補正モジュール、８１…ＲＧＢ変換モジュール、８２…空間フィルタ、８３…バックライト制御モジュール、８３１…暗部面積算出モジュール、８３２…バックライト下限値算出モジュール、８３３…ディミング開始値算出モジュール、８３４…バックライトレベル算出モジュール、８４…ゲイン制御モジュール、８４１…最大輝度レベル算出モジュール、８４２…ゲイン最大値算出モジュール、８４３…ゲイン算出モジュール、８５…乗算器。

Claims (6)

1. 映像信号の画素の輝度レベルに基づいてヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
   前記ヒストグラムに基づいて、バックライトの輝度レベルの下限値を算出するバックライト下限値算出手段と、
   前記ヒストグラムに基づいて、ディミングを開始するディミング開始値を算出するディミング開始値算出手段と、
   前記輝度レベルの下限値と前記ディミング開始値とに基づいて、前記バックライトの輝度レベルを算出するバックライトレベル算出手段とを具備することを特徴とする映像表示装置。
2. 前記映像信号の輝度レベルの最大値を算出する最大輝度レベル算出手段と、
   前記輝度レベルの最大値に基づいて、前記映像信号を補正するゲインの最大値を算出するゲイン最大値算出手段と、
   前記ゲインの最大値と前記バックライトの輝度レベルとに基づいて、前記映像信号を補正するゲインを算出するゲイン算出手段と、
   前記ゲインにより前記映像信号を補正する補正手段とをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
3. 前記ヒストグラム生成手段は、前記映像信号のフレーム毎に、輝度レベル毎の画素数を算出し、
   前記輝度レベル毎の画素数のうち、第１のしきい値より小さい輝度レベルの各々に対応する画素数の総和を、フレーム毎に算出する暗部面積算出手段をさらに具備し、
   前記バックライト下限値算出手段は、前記総和が第２のしきい値より大きい場合、前記輝度レベルの下限値を小さくし、
   前記ディミング開始値算出手段は、前記総和が第３のしきい値より大きい場合、前記ディミング開始値を大きくすることを特徴とする請求項１記載の映像処理装置。
4. 前記ヒストグラム生成手段は、前記映像信号のフレーム毎に、輝度レベル毎の画素数を算出し、
   前記最大輝度レベル算出手段は、前記算出された輝度レベル毎の画素数のうち、画素数が第４のしきい値以上である輝度レベルの最大値を算出し、
   前記ゲイン最大値算出手段は、前記輝度レベルの最大値が第５のしきい値より大きい場合、前記ゲインの最大値を所定の値に設定することを特徴とする請求項２記載の映像表示装置。
5. 映像信号に基づいて映像を表示する液晶パネルと、
   前記液晶パネルを照射する、複数の部分領域の各々の輝度レベルを制御可能なＬＥＤバックライトと、
   前記映像信号の画素の輝度レベルに基づいてヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
   前記ヒストグラムに基づいて、前記ＬＥＤバックライトの輝度レベルの下限値を算出するバックライト下限値算出手段と、
   前記ヒストグラムに基づいて、ディミングを開始するディミング開始値を算出するディミング開始値算出手段と、
   前記輝度レベルの下限値、前記ディミング開始値、及び前記映像信号に基づいて、前記複数の部分領域の各々に設定する輝度レベルを算出するバックライトレベル算出手段とを具備することを特徴とする映像表示装置。
6. 映像信号の画素の輝度レベルに基づいてヒストグラムを生成するヒストグラム生成ステップと、
   前記ヒストグラムに基づいて、バックライトの輝度レベルの下限値を算出するバックライト下限値算出ステップと、
   前記ヒストグラムに基づいて、ディミングを開始するディミング開始値を算出するディミング開始値算出ステップと、
   前記輝度レベルの下限値と前記ディミング開始値とに基づいて、前記バックライトの輝度レベルを算出するバックライトレベル算出ステップとを具備することを特徴とするバックライト制御方法。

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