JP2016118685A - 画像表示方法及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度領域の表現能力を格段に改善する画像表示方法の提供。【解決手段】前側のＬＣＤパネル７と後側のＬＣＤパネル９を重ねた画像表示装置１を用いる画像表示方法であって、前記前側のＬＣＤパネル７にＲＧＢ画像を表示すること、ＲＧＢ画像に基づく画像の階調を、ルックアップテーブルによって階調変換して、輝度が調整されたルックアップテーブル出力画像を生成すること、前記後側のＬＣＤパネル９に、前記ルックアップテーブル出力画像に基づく白黒調整画像を表示すること、を含み、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、第１閾値以上の場合は、前記画素の輝度値を所定の値に変換するように設定され、更に、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、前記第１閾値より大きい第２閾値以上の場合は、前記画素は高輝度領域にあると判断し、前記画素の輝度値を輝度値の最大値に変換するように設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示方法及び画像表示装置に関するものである。

平板形状のディスプレイ装置としては、量産性、駆動手段の容易性、高画質の具現というメリットにおいて、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ、ＬＣＤ）が特に使用されている。

図９に、ＬＣＤパネルを１枚使用した従来の画像表示装置９０１を示す。画像表示装置９０１は、画像表示装置本体９０２とＬＣＤモジュール９０３を備えている。画像表示装置本体９０２は、画像処理エンジン９０４を含む。ＬＣＤモジュール９０３は更に、Ｉ／Ｆ（インタフェース）９０５、ＬＣＤコントローラ９０６、及びＲＧＢパネル９０７を備えている。

画像表示装置本体９０２内の画像処理エンジン９０４で生成された画像データは、Ｉ／Ｆ９０５を経由してＬＣＤコントローラ９０６に送信される。ＬＣＤコントローラ９０６はＩ／Ｆ９０５から受信した画像データを信号処理し、ＲＧＢパネル９０７に送信する。ＲＧＢパネル９０７はＬＣＤコントローラ９０６から受信した、信号処理された画像を表示する。

画像表示装置９０１においては、ＬＣＤモジュール９０３に入力された画像データに対し、ＬＣＤコントローラ９０６内のパネルドライバーなどによって折れ線ガンマによる補正を行って、目視における階調のリニアリティ特性を実現している。

このような画像表示装置９０１においては、ＲＧＢパネル９０７をバックライトの照明が通過することで輝度表現を行っている。そのため、特に黒領域の階調特性が悪く、理想の輝度に比べて明るい方向に輝度が観測される。この現象を表したものが図１０である。図１０において、横軸に示される入力、及び縦軸に示される出力は、入力および出力となる画像データの輝度値の最大値を１００％とした、輝度値の対数表現となっており、図１０は入力された輝度値が実際にどのような輝度値でＲＧＢパネルに表示されるかを示している。

本図において、線１００１は輝度値の入出力の理想的な関係を、線１００２はＬＣＤパネルを使用した従来の画像表示装置における実際の輝度値の入出力の関係を、それぞれ示す。この入出力の関係、つまり階調特性が理想値に近づくほど、階調がリニアに表示され、人間の目に自然な表示を行うことができる。

図１０の線１００２においては、入力輝度値が小さく、つまり画像データの階調が暗くなると、出力輝度値が理想よりも大きくなっている。つまり実際にＲＧＢパネルに表示される画像は、理想とされる輝度値よりも大きく、すなわち、白っぽく、明るく表示される。この現象は黒浮きといわれ、ＬＣＤパネルにおいて暗い領域を表示する際にＬＣＤパネルの遮光が完全でなく、バックライトの照明光が漏れるために発生するものであり、ＬＣＤにおいて特に問題となる現象である。従来のＣＲＴでは１０,０００：１、有機ＥＬパネルでは１,０００,０００：１のコントラスト比が実現されているが、本現象により従来のＬＣＤパネルにおいては１５００：１程度のコントラスト比しか実現できない。

そこで、コントラスト比を改善し、黒浮きを解消する装置として、ＬＣＤパネルを２枚使用した画像表示装置が提案されている。

例えば関連技術として、特許文献１（特開平５−８８１９７）、特許文献２（特開２００８−１１１８７７）に示される画像表示装置がある。

特許文献１、２に記載される画像表示装置は、２枚のＬＣＤパネルを使用することにより、全体のコントラスト比は改善されてはいるが、高輝度の点や線などのピーク値については、コントラスト比は改善されない。これらの方法においては、階調変換特性のコントロールが難しいと共に、自然界の映像のダイナミックレンジを再現できていない。

自然界の映像のダイナミックレンジの再現に関しては、例えば、画像表示装置で表示する画像をカメラで撮影する際には、カメラは人の眼に比べてダイナミックレンジが低いため、図１１に示すように黒側や高輝度側でリミッタをかけ、中間輝度域を伸ばしている。これにより、見たい部分のダイナミックレンジを広げるように、画像は撮像されている。元々の入力画像が８ビットで量子化されている場合、このように中間輝度域のコントラストを強く見せるように撮像された結果、高輝度の部分はリミッタがかかったような状態になっている。いわゆる黒つぶれ、白つぶれの現象が発生する。これは、撮像時に高輝度側の情報が失われてしまっているため、本来の輝度の高い部分を再現できないことに、起因するものである。

本発明は、前側のＬＣＤパネルと後側のＬＣＤパネルを重ねることにより構成された画像表示装置を用いる、画像表示方法であって、前記前側のＬＣＤパネルにＲＧＢ画像を表示すること、ＲＧＢ画像に基づく画像の階調を、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルによって階調変換して、輝度が調整されたルックアップテーブル出力画像を生成すること、前記後側のＬＣＤパネルに、前記ルックアップテーブル出力画像に基づく白黒調整画像を表示すること、を含み、前記対応関係は、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、第１閾値以上の場合は、前記画素の輝度値を所定の値に変換するように設定されており、前記対応関係は、更に、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、前記第１閾値より大きい第２閾値以上の場合は、前記画素は高輝度領域にあると判断し、前記画素の輝度値を輝度値の最大値に変換するように設定されている、画像表示方法を提供する。

前記白黒調整画像は、前記ルックアップテーブル出力画像の前記高輝度領域が拡大された高輝度領域拡大データを生成すること、前記ルックアップテーブル出力画像にローパスフィルタを適用してローパスフィルタ適用画像を生成すること、各画素について、前記高輝度領域拡大データの前記画素に対応する値に応じて、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素に対応する輝度値または前記ローパスフィルタ適用画像の前記画素に対応する輝度値を選択して前記白黒調整画像を生成すること、によって生成されてもよい。

前記対応関係は、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、第１閾値より小さい場合は、前記画素の輝度値を０から前記所定の値までの値に変換するように設定されてもよい。

前記高輝度領域拡大データは、各画素に対し、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素の輝度値が輝度値の最大値であって、前記画素に隣接する画素の輝度値が輝度値の最大値ではない場合に、前記隣接する画素の輝度値を輝度値の最大値に置換することによって生成されてもよい。

前記白黒調整画像は、各画素に対し、前記高輝度領域拡大データの前記画素に対応する値が輝度値の最大値であるときに、前記ローパスフィルタ適用画像の前記画素に対応する輝度値を選択し、輝度値の最大値でないときに、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素に対応する輝度値を選択することにより生成されてもよい。

ＲＧＢ画像に基づく前記画像は、ＲＧＢ画像から色マトリクス変換によって生成されてもよい。

また、本発明は、前側のＬＣＤパネルと後側のＬＣＤパネルを重ねることにより構成された画像表示装置であって、ＲＧＢ画像を信号処理して前記前側のＬＣＤパネルに供給するＬＣＤコントローラと、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルであって、ＲＧＢ画像に基づく画像を階調変換し、輝度が調整されたルックアップテーブル出力画像を生成する、前記ルックアップテーブルを含み、前記ルックアップテーブル出力画像に基づく白黒調整画像を前記後側のＬＣＤパネルに供給するＬＶコントローラと、を含み、前記対応関係は、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、第１閾値以上の場合は、前記画素の輝度値を所定の値に変換するように設定されており、前記対応関係は、更に、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、前記第１閾値より大きい第２閾値以上の場合は、前記画素は高輝度領域にあると判断し、前記画素の輝度値を輝度値の最大値に変換するように設定されている、画像表示装置を提供する。

前記ＬＶコントローラは、前記ルックアップテーブル出力画像の前記高輝度領域を拡大した高輝度領域拡大データを生成する、高輝度領域拡大部と、前記ルックアップテーブル出力画像にローパスフィルタを適用してローパスフィルタ適用画像を生成するローパスフィルタ部と、各画素について、前記高輝度領域拡大データの前記画素に対応する値に応じて、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素に対応する輝度値または前記ローパスフィルタ適用画像の前記画素に対応する輝度値を選択して前記白黒調整画像を生成する選択部と、を更に含んでもよい。

前記対応関係は、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、第１閾値より小さい場合は、前記画素の輝度値を０から前記所定の値までの値に変換するように設定されてもよい。

前記高輝度領域拡大部は、各画素に対し、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素の輝度値が輝度値の最大値であって、前記画素に隣接する画素の輝度値が輝度値の最大値ではない場合に、前記隣接する画素の輝度値を輝度値の最大値に置換することにより、前記高輝度領域拡大データを生成してもよい。

前記選択部は、各画素に対し、前記高輝度領域拡大データの前記画素に対応する値が輝度値の最大値であるときに、前記ローパスフィルタ適用画像の前記画素に対応する輝度値を選択し、輝度値の最大値でないときに、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素に対応する輝度値を選択することにより前記白黒調整画像を生成してもよい。

前記ＬＶコントローラは、ＲＧＢ画像から色マトリクス変換によって、ＲＧＢ画像に基づく前記画像を生成する色マトリクス変換部をさらに含んでもよい。

本発明によれば、次のような効果を得ることができる。

すなわち、高輝度の点や線の部分で白ピーク処理を施すことで、高輝度領域の表現能力を高めることが可能である。

好ましい様態では、黒浮きを防止し、コントラスト比を格段に改善することが可能となる。

好ましい様態では、画像表示装置を、安価に製造することが可能となる。

本発明の実施形態として示した画像表示装置の信号処理ブロック図を示す。 前記実施形態として示した画像表示装置の断面図である。 前記実施形態として示した画像表示装置に含まれるＬＶコントローラを示す。 前記実施形態として示した画像表示装置に含まれるＬＵＴの階調変換特性を示す。 前記実施形態における、高輝度領域拡大処理の概念図、及び高輝度領域拡大処理のプログラム表現例を示す。 前記実施形態における、選択部の動作概要を示す。 前記実施形態における実験結果を示す。 前記実施形態における実験結果の拡大図を示す。 ＬＣＤパネルを用いた従来の画像表示装置の信号処理ブロック図を示す。 液晶パネルの階調特性を示す。 カメラ撮像およびＬＣＤ表示の階調特性を示す。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態である画像表示装置の信号処理ブロック図を示す。
図１における画像表示装置１は、画像表示装置本体２とＬＣＤモジュール３を備えている。画像表示装置本体２は、画像処理エンジン４を含む。ＬＣＤモジュール３は更に、Ｉ／Ｆ（インタフェース）５、ＬＣＤコントローラ６、ＲＧＢパネル７、ＬＶ（ライトバルブ）コントローラ８、及びＬＶパネル９を備えている。

画像表示装置本体２内の画像処理エンジン４は、ＲＧＢ画像を生成し、ＬＣＤモジュール３に送信する。

ＬＣＤモジュール３内のＩ／Ｆ５は、画像処理エンジン４が生成したＲＧＢ画像を受信し、ＬＣＤコントローラ６、及びＬＶコントローラ８に送信する。

ＬＣＤコントローラ６は、Ｉ／Ｆ５からＲＧＢ画像を受信し、受信したＲＧＢ画像を信号処理して、ＲＧＢパネル７に送信する。

ＲＧＢパネル７は、ＬＣＤコントローラ６からＲＧＢ画像を受信し、表示する。

ＬＶコントローラ８は、Ｉ／Ｆ５からＲＧＢ画像を受信し、受信したＲＧＢ画像を信号処理して、白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールの画像を生成し、当該画像の輝度を調整して、ＬＶ画像（輝度が調整されたグレースケールの白黒調整画像）を生成し、ＬＶパネル９に送信する。

ＬＶパネル９は、ＬＶコントローラ８からＬＶ画像を受信し、表示する。

図２は、図１に示される画像表示装置１の一部の実施の形態を示す。図２の画像表示装置１は、図１に記載のＲＧＢパネル７とＬＶパネル９、及びバックライトユニット１０を備える。

ＲＧＢパネル７は、カラーフィルタ基板１１、ＴＦＴ基板１２、偏光フィルム１３、駆動ＩＣ１４を備えている。カラーフィルタ基板１１は、ブラックマトリクスやＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタを配列し、共通電極などが形成された基板である。ＴＦＴ基板１２は、液晶側にＴＦＴや電極などを形成した基板である。偏光フィルム１３は、後述するバックライトユニット１０から照射される光を偏光させる。駆動ＩＣ１４は、ＬＣＤコントローラ６によって処理されたＲＧＢ画像を、ＴＦＴ基板１２を駆動させることによってＲＧＢパネル７に表示する。

ＬＶパネル９は、ガラス基板１５、ＴＦＴ基板１６、偏光フィルム１７、駆動ＩＣ１８を備えている。ガラス基板１５はＲＧＢパネル７におけるカラーフィルタ基板１１に対応するものであるが、カラーフィルタ基板１１とは異なり、カラーフィルタ基板１１の有するブラックマトリクスやカラーフィルタを有さない。これは、ＬＶパネル９が、ＬＶ画像、つまり白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールの画像を表示するという、本発明の特徴に基づくものである。ＴＦＴ基板１６、偏光フィルム１７は、ＲＧＢパネル７のＴＦＴ基板１２、偏光フィルム１３と同様のものである。駆動ＩＣ１８は、ＬＶコントローラ８によって処理されたＬＶ画像を、ＴＦＴ基板１６を駆動させることによってＬＶパネル９に表示する。

ＲＧＢパネル７とＬＶパネル９は、正面から見た場合に、対応する画素が重なって表示されるように、互いに重ねて配置される。

バックライトユニット１０は、光ガイドパネル１９と光源２０を備える。光源２０は光ガイドパネル１９に対し光を照射する。光ガイドパネル１９は、光源２０から照射された光を屈折させてＬＶパネル９に照射する。光ガイドパネル１９から照射された光は、重ねられたＬＶパネル９、及びＲＧＢパネル７を順に通過して、画像表示装置１を視聴する人間の眼に届く。

次に、図３を用いて、ＬＶコントローラ８を説明する。

ＬＶコントローラ８は、色マトリクス変換部３０、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３１、高輝度領域拡大部３２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）部３３、遅延部３４、および選択部３５を備える。

色マトリクス変換部３０は、Ｉ／Ｆ５を介して画像処理エンジン４からＲＧＢ画像を受信する。色マトリクス変換部３０は受信したＲＧＢ画像に対して、色マトリクス変換を行う。色マトリクス変換は、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの輝度値を入力とした場合に、例えば次式のような演算を行うことで、グレースケールの輝度値であるＹを取得する。ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３は所定の定数である。

これにより、色マトリクス変換部３０は、入力されたＲＧＢ画像から、白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールの色マトリクス変換画像を生成する。色マトリクス変換部３０は生成した色マトリクス変換画像をＬＵＴ３１に送信する。

ＬＵＴ３１は、色マトリクス変換部３０から色マトリクス変換画像を受信する。ＬＵＴ３１は色マトリクス変換画像を階調変換し、ＬＵＴ出力画像を生成する。図１０を用いて上述したように、画像データの階調が暗くなると、出力輝度値が理想よりも大きく、したがって明るくなる。つまり、実際にＬＣＤパネルに表示される画像は、理想とされる輝度値よりも大きく、したがって白っぽく、明るく表示される。このように、理想値と実測値との間で階調特性が乖離する入力輝度値を、所定の閾値１とする。

また、輝度値の最大値に近い、高い値の閾値２を設定する。閾値２は、閾値２より高い高輝度を有する画素と、比較的高い輝度値ではあるが、閾値２よりは低い輝度値を有する画素と区別して、これらの画素間で明暗をより強調して表示するためのものである。

ＬＵＴ３１は、色マトリクス変換画像の各画素に対して、当該画素の輝度値が閾値１以上の場合は、当該輝度値を所定の値、例えば輝度値が８ビットで表される場合は２５５に０．８などの１より小さい小数を掛けた値に変換する。ＬＵＴ３１は、更に、当該画素の輝度値が閾値１より大きい閾値２以上の場合は、当該画素は高輝度領域にあると判断し、当該輝度値を輝度値の最大値、例えば輝度値が８ビットで表される場合は２５５に変換する。このようにしてＬＵＴ３１は、輝度が調整されたＬＵＴ出力画像を生成する。

図４に、ＬＵＴ３１の階調変換特性の例を示す。図４（ａ）、（ｂ）共に、輝度値が８ビットで表される場合を例示している。図４（ａ）は、閾値１以上で閾値２より小さい入力輝度値を２５５×ｍ（ｍは１より小さい小数）の値に変換し、閾値２以上の入力輝度値を２５５に変換し、閾値１より小さい入力輝度値を線形の関数により０から２５５×ｍの間の値に変換する、ＬＵＴ３１の値の設定例である。図４（ｂ）は、閾値１以上で閾値２より小さい入力輝度値を２５５×ｍの値に変換し、閾値２以上の入力輝度値を２５５に変換し、閾値１より小さい入力輝度値を曲線形状の関数により０から２５５×ｍの間の値に変換する、ＬＵＴ３１の値の設定例である。

輝度値が８ビットで表される場合、閾値１は３２などの値をとり得るが、これに限られない。閾値２も、閾値１より大きいいかなる値も選択可能ではあるが、閾値２は輝度値が特に高い領域のコントラストを強調するために当該領域を選別するためのものであるので、輝度値の最大値である２５５に近い値を有するようにして、入力輝度値、すなわち、ＬＵＴ３１への入力となる色マトリクス変換画像における輝度値が輝度値の最大値に近い画素のみ、階調変換後の出力輝度値が輝度値の最大値を有するようにするのが望ましい。

ＬＵＴ３１は、上記のように、高輝度領域でも、暗領域でもない、これらの間の中間領域に相当する輝度値を有する画素については、それに対する出力輝度値を輝度値の最大値よりも一定量小さい値（図４の例における２５５×ｍ）に設定する。このような階調変換特性を有するＬＵＴ３１によって階調変換を行うことで、輝度値が小さい暗領域のコントラストを強調し、黒浮きを防止すると同時に、高輝度領域の表現能力を高めることが可能となる。

尚、閾値１より小さい入力輝度値を０から輝度値の最大値よりも一定量小さい値の間の値に変換する関数の形状は、図４（ａ）、（ｂ）に限られない。関数の形状は、実験による実測で求めることが可能である。

ＬＵＴ３１は、メモリなどに、入力輝度値と出力輝度値の、つまり、階調変換前後の輝度値の対応関係として事前に登録し、別途設置されるＣＰＵなどでＬＵＴ３１上に登録された対応関係を参照しながら、入力輝度値を出力輝度値に変換するように、実装することが可能である。

ＬＵＴ３１は、上記のように生成されたＬＵＴ出力画像を、図３に示される、高輝度領域拡大部３２、ＬＰＦ部３３、及び遅延部３４に送信する。

高輝度領域拡大部３２は、ＬＵＴ３１が生成したＬＵＴ出力画像を受信し、ＬＵＴ出力画像に対し、高輝度領域を拡大し、高輝度領域拡大データを生成する。具体的には、高輝度領域拡大部３２は、各画素に対し、ＬＵＴ出力画像の当該画素の輝度値が輝度値の最大値であって、当該画素に隣接する画素の輝度値が輝度値の最大値ではない場合に、隣接する画素の輝度値を輝度値の最大値に置換することにより、高輝度領域拡大データを生成する。

図５（ａ）は高輝度領域拡大部３２で行われる高輝度領域拡大処理の概要を示したものである。高輝度領域拡大処理はＬＵＴ出力画像の各画素に対して、画素ごとに行われる。ＬＵＴ出力画像の、現在処理中の画素（及びその輝度値）をＸ_Ｃ、Ｘ_Ｃに隣接する画素（及びその輝度値）を、Ｘ_Ｃの左上の画素から右方向および下方向に順に、Ｘ_１〜Ｘ_８とする。図中、着色して表示されている画素は高輝度領域に属する画素、すなわち、ＬＵＴ出力画像において輝度値の最大値である２５５の値を有する画素を示し、白く表示されている画素は高輝度領域に属さない画素とする。すなわち、Ｘ_１、Ｘ_４、Ｘ_６、Ｘ_７が高輝度領域に属し、Ｘ_２、Ｘ_３、Ｘ_５、Ｘ_８が高輝度領域に属さない。

図５（ｂ）は、高輝度領域拡大処理の手順をプログラム形式で表現した例である。まず、Ｘ_Ｃが２５５か否か、つまり高輝度領域に属するか否かを判定する。図５（ａ）の例においては、Ｘ_Ｃは高輝度領域に属するため、隣接する画素の輝度値Ｘ_１〜Ｘ_８を参照し、輝度値Ｘ_ｉが２５５ではない、つまり高輝度領域に属していなければ、Ｘ_ｉを２５５に、つまり該当する画素が高輝度領域に属するように、変更する。すなわち、処理中の注目画素が、画像において高輝度領域の境界であるエッジ上の高輝度領域に属し、なおかつ、注目画素に隣接する画素で高輝度領域に属さないものがあれば、注目画素の周辺を１画素分だけ高輝度領域にすることによって、高輝度領域を広げる処理を行う。以上の処理により、高輝度領域拡大部３２はＬＵＴ出力画像から高輝度領域拡大データを生成する。

本実施形態においては、処理対象となるＬＵＴ出力画像の各水平ライン上の各画素に対して、当該画素を注目画素として順次、高輝度領域拡大処理を実施している。このような実施形態において、ある画素について高輝度領域拡大処理を実施した際に、当該画素に隣接する画素で高輝度領域に属さないものが存在し、高輝度領域拡大処理によって当該画素が高輝度領域に属するように変更された場合、この、高輝度領域に属するように変更された画素については、当該画素を注目画素とした高輝度領域拡大処理は行われないことに注意されたい。高輝度領域拡大処理の各所で行われる判定は、高輝度領域拡大部３２に入力されたＬＵＴ出力画像の値を用いるものであり、当該ＬＵＴ出力画像に対する高輝度領域拡大処理中に値が変更された可能性がある、処理中、あるいは処理後のデータの値を用いるものではない。これにより、画素ごとに繰り返される高輝度領域拡大処理によって、高輝度領域が際限なく拡大されることを防いでいる。

高輝度領域拡大部３２は、生成した高輝度領域拡大データを選択部３５に送信する。

図３に示されるＬＰＦ部３３は、ＬＵＴ３１からＬＵＴ出力画像を受信し、受信したＬＵＴ出力画像に対し、ＬＰＦを適用し、ＬＰＦ適用画像を生成する。ＬＰＦ部３３は、生成したＬＰＦ適用画像を選択部３５に送信する。

図３に示される選択部３５は、高輝度領域拡大部３２が生成した高輝度領域拡大データと、ＬＰＦ部３３が出力したＬＰＦ適用画像と、ＬＵＴ３１が出力したＬＵＴ出力画像を受信し、各画素について、高輝度領域拡大データの当該画素に対応する値に応じて、ＬＵＴ出力画像の当該画素に対応する輝度値またはＬＰＦ適用画像の当該画素に対応する輝度値のいずれかを選択する。選択部３５は、各画素に対し、高輝度領域拡大データの当該画素に対応する値が輝度値の最大値であるときに、ＬＰＦ適用画像の当該画素に対応する輝度値を選択し、輝度値の最大値でないときに、前記ＬＵＴ出力画像の当該画素に対応する輝度値を選択することにより、各画素に対する輝度値を決定する。選択部３５は、各画素について選択された輝度値を結合して、ＬＶパネル９に最終的に表示されるＬＶ画像を生成し、ＬＶパネル９に送信する。

図６は、選択部３５における、各画素に対する出力値の選択方法の概要を示すものである。図６上部の「ＬＵＴ出力」は、ＬＵＴ３１が出力したＬＵＴ出力画像のある１水平ラインに対し、横軸を当該水平ラインを構成する画素の並び、縦軸を各画素の輝度値とした図である。図６下部の「選択出力」は、選択部３５が出力したＬＶ画像における、「ＬＵＴ出力」と同一の１水平ラインを示すものであり、横軸を当該水平ラインを構成する画素の並び、縦軸を各画素のＬＶ画像における輝度値とした図である。

「ＬＵＴ出力」の「暗領域」は、色マトリクス変換画像の対応する画素が０から閾値１より小さい値を有していたために、ＬＵＴ３１によって０から２５５×ｍより小さい輝度値に階調変換された画素により構成された領域を指す。「ＬＵＴ出力」の「中間領域」は、色マトリクス変換画像の対応する画素が閾値１以上で、閾値２より小さい値を有していたために、ＬＵＴ３１によって輝度値２５５×ｍに階調変換された画素により構成された領域を指す。「ＬＵＴ出力」の「高輝度」は、色マトリクス変換画像の対応する画素が閾値２以上の値を有していたために、ＬＵＴ３１によって輝度値２５５に階調変換された画素により構成された領域を指す。

ここで、「ＬＵＴ出力」の「拡大された高輝度領域」は、高輝度領域拡大部３２が高輝度で表示するように判断した結果、高輝度領域拡大データにおいて値が２５５の輝度値を有する画素、及び、ＬＵＴ出力画像においてもともと輝度値２５５を有していた画素により構成された領域を指す。拡大された高輝度領域には、もともとは高輝度領域でなかった領域が高輝度領域に変更された部分が含まれている。したがって、図６の「ＬＵＴ出力」において、拡大された高輝度領域は、高輝度領域と中間領域の一部を包含した形状で描かれている。

選択部３５は、拡大された高輝度領域に属する画素に関しては、ＬＰＦ適用画像の対応する画素の輝度値を選択する。また、選択部３５は、拡大された高輝度領域に属さない画素に関しては、ＬＵＴ出力画像の対応する画素の輝度値を選択する。選択された各画素の輝度値は、結合され、ＬＶ画像として、ＬＶパネル９へ送信される。すなわち、ＬＵＴ出力画像の、拡大された高輝度領域に属する画素に関してのみ、ＬＰＦ適用画像の対応する画素の輝度値に置き換わった画像が、ＬＶ画像として送信される。

遅延部３４は、ＬＵＴ３１が出力するＬＵＴ出力画像が、選択部３５へ到達するタイミングを、主に高輝度領域拡大処理、及びＬＰＦ処理に相当する時間分だけ遅延させる。

ＬＶパネル９は、選択部３５から受信したＬＶ画像、すなわち輝度が調整されたグレースケールの白黒調整画像を受信し、表示する。

次に、本実施形態に基づいて、画像を表示する手順について記載する。

まず、図１に示されるように、画像表示装置本体２の画像処理エンジン４が、画像表示装置１に表示すべきＲＧＢ画像を生成し、ＬＣＤモジュール３に送信する。

ＬＣＤモジュール３が、Ｉ／Ｆ５によりＲＧＢ画像を受信し、Ｉ／Ｆ５は受信したＲＧＢ画像をＬＣＤコントローラ６、ＬＶコントローラ８の双方に送信する。

ＬＣＤコントローラ６がＩ／Ｆ５からＲＧＢ画像を受信し、受信したＲＧＢ画像を信号処理してＲＧＢパネル７に送信する。

ＲＧＢパネル７がＬＣＤコントローラ６から受信したＲＧＢ画像を表示する。

他方、ＬＶコントローラ８もＬＣＤコントローラ６と同様に、Ｉ／Ｆ５からＲＧＢ画像を受信する。

図３に図示される、ＬＶコントローラ８の色マトリクス変換部３０が、受信したＲＧＢ画像に対し色マトリクス変換を行い、白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールの色マトリクス変換画像を生成し、ＬＵＴ３１に送信する。

ＬＵＴ３１が、色マトリクス変換部３０から色マトリクス変換画像を受信する。ＬＵＴ３１には、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されている。ＬＵＴ３１は、受信した色マトリクス変換画像の各画素に対して、階調変換を行い、ＬＵＴ出力画像を生成する。

ＬＵＴ３１は、色マトリクス変換画像の各画素に対して、当該画素の輝度値が閾値１以上の場合は、当該輝度値を所定の値、例えば輝度値が８ビットで表される場合は２５５に０．８などの１より小さい小数を掛けた値に変換する。ＬＵＴ３１は、更に、当該画素の輝度値が閾値１より大きい閾値２以上の場合は、当該画素は高輝度領域にあると判断し、当該輝度値を輝度値の最大値、例えば輝度値が８ビットで表される場合は２５５に変換する。また、ＬＵＴ３１は、当該画素の輝度値が閾値１より小さい場合は、当該輝度値を０から輝度値の最大値に１より小さい小数を掛けた値の間の値に変換する。

ＬＵＴ３１は生成したＬＵＴ出力画像を、高輝度領域拡大部３２、ＬＰＦ部３３、及び遅延部３４に送信する。

高輝度領域拡大部３２は、ＬＵＴ３１が生成したＬＵＴ出力画像を受信し、高輝度領域が拡大された高輝度領域拡大データを生成する。すなわち、高輝度領域拡大部３２は、各画素に対し、ＬＵＴ出力画像の当該画素の輝度値が輝度値の最大値であって、当該画素に隣接する画素の輝度値が輝度値の最大値ではない場合に、隣接する画素の輝度値を輝度値の最大値に置換することによって、高輝度領域拡大データを生成する。高輝度領域拡大部３２は、生成した高輝度領域拡大データを選択部３５に送信する。

他方、ＬＰＦ部３３もＬＵＴ出力画像を受信し、ＬＰＦを適用し、ＬＰＦ適用画像を生成する。ＬＰＦ部３３は、生成したＬＰＦ適用画像を選択部３５に送信する。

選択部３５は、高輝度領域拡大データ、ＬＰＦ適用画像、および、遅延部３４によって遅延されたＬＵＴ出力画像をそれぞれ受信する。遅延部３４が、ＬＵＴ出力画像が選択部３５へ到達するタイミングを、主に高輝度領域拡大処理、及びＬＰＦ処理に相当する時間分だけ遅延させる。それにより、選択部３５が高輝度領域拡大データの値を基にした輝度値の選択を行う際には、当該高輝度領域拡大データに時間的に対応するＬＵＴ出力画像が入力として供給されるように、ＬＵＴ出力画像の到着タイミングが調整される。

選択部３５は、各画素について、高輝度領域拡大データの当該画素に対応する値に応じて、ＬＵＴ出力画像の当該画素に対応する輝度値、またはＬＰＦ適用画像の当該画素に対応する輝度値を選択して、白黒調整画像を生成する。すなわち、選択部３５は、各画素に対し、高輝度領域拡大データの当該画素に対応する値が輝度値の最大値であるときに、ＬＰＦ適用画像の当該画素に対応する輝度値を選択し、輝度値の最大値でないときに、ＬＵＴ出力画像の当該画素に対応する輝度値を選択することにより、ＬＶ画像を生成する。

これにより、ＬＶ画像において、拡大された高輝度領域に属する画素には、確実にＬＰＦ適用画像の対応する輝度値が設定され、当該画素はＬＶパネル９において高輝度領域として表示される。

上記のように、同一のＲＧＢ画像が、一方はＬＣＤコントローラ６を介してＲＧＢ画像としてＲＧＢパネル７に、他方はＬＶコントローラ８を介して、白から黒までの明暗だけで表現された、グレースケールのＬＶ画像としてＬＶパネル９に、同時に表示される。

前側のＬＣＤパネルであるＲＧＢパネル７と、後側のＬＣＤパネルであるＬＶパネル９は、図２に示されるように重ねられた構造になっているため、光源２０からバックライトユニット１０を介して照射された光は、同一のＲＧＢ画像を基にしたＬＶ画像、ＲＧＢ画像がそれぞれ表示されたＬＶパネル９、ＲＧＢパネル７を順次通過し、人間の眼に届く。光がＬＶパネル９、及びＲＧＢパネル７を通過する際に、カラーフィルタ基板１１、及びそれぞれが有する図示しない液晶層を通過することによって、色調や輝度が制御される。

輝度の制御はＬＶパネル９、及びＲＧＢパネル７のそれぞれによって個別に行うことが可能であり、したがって、細やかなコントラストの調整が可能となる。

また、ＲＧＢパネル７とＬＶパネル９を通してバックライトユニット１０から光を照射すると、双方のパネルを通して人間の眼に届く光は、それぞれのパネルの透過率を掛け合わせたものとなる。表示しようとする画像の暗い部分の黒浮きを防止するために、ＬＵＴ３１が前述のような階調変換を、グレースケールの画像に対して行うことにより、輝度値が小さく暗い部分のＬＶパネル９の透過率を悪くする。それにより、ＲＧＢ画像を表示するＲＧＢパネル７の輝度値を変更せずに、ＬＶパネル９の輝度値のみを変更することで、黒浮きを防止することが可能となる。

さらに、ＬＵＴ３１は図４に示されるように、入力された色マトリクス変換画像の各画素の輝度値を、０から輝度値の最大値×ｍの間の値と、輝度値の最大値×ｍと、輝度値の最大値の、三種類の輝度値に変換する。すなわち、暗領域と中間領域を区別すると同時に、輝度値の最大値である高輝度領域と中間領域をも、明確に異なる輝度値として表示するように、輝度値の階調変換がなされる。この結果、輝度値の高い、特に明るい部分を、他の部分から強調させて表現することが可能となる。

ただし、ＬＵＴ３１の出力をそのままＬＶパネル９に描画すると、高輝度の領域が他に比べて、際だって表示されてしまう。これは、ＬＵＴ３１において、入力輝度値が中間領域に属する画素に対する出力輝度値として、輝度値の最大値×ｍの値を使用する一方で、高輝度領域に属する画素に対する出力輝度値として、輝度値の最大値を使用しており、両者の出力輝度値が連続的でないことに起因する。これは、図６の「ＬＵＴ出力」において、高輝度領域と中間領域の境界の立ち上がり、立下りが垂直であることに表れている。

そこで、ＬＵＴ出力画像の、中間領域と高輝度領域の間の輝度値の境界をなだらかにするために、ＬＰＦ部３３を適用している。ＬＰＦ部３３がＬＵＴ出力画像にＬＰＦを適用することによって、輝度値を図６に表わされるような一水平ライン上の関数としてみたときに、関数の高域成分が除去されて、なまった状態にされる。それにより、特に高輝度領域と中間領域の境界部分について、そのエッジがなまった状態になり、結果として、高輝度領域の中央部がとがり、周辺部が傾斜を形成するようになる。

他方で、高輝度領域以外の領域については、ＬＵＴ出力画像の輝度値を尊重した表示を行うために、本実施形態においては、高輝度領域拡大データが輝度値の最大値の部分についてのみ、ＬＰＦ適用画像の輝度値を選択している。これらの処理により、高輝度領域以外の表示がなまることなく、高輝度領域の階調特性を良好にして白つぶれを防止し、自然な画像を表現することが可能となる。

上記の一連の処理は、バックライト側の後側のＬＣＤパネルをＬＶパネル９として構成したために、複雑な構成となってはおらず、実装に要する回路規模が小さくて済む。

また、ＬＵＴ３１の値は製品実装前にオフラインで作成し、回路構成上はメモリを実装するのみですむので、階調特性の変換は容易に実現できる。

更に、図２を用いて示したように、ＬＶパネル９はＬＶコントローラ８から受信したＬＶ画像を表示する。ＬＶ画像はグレースケールの画像を基にしたものであるため、カラーフィルタなどの、通常のＬＣＤパネルが必要とする一部の構成要素を必要としない。

以上の理由により、安価に製品を提供することも可能である。

本実施形態による実験結果を図７、８に示す。

図７（ａ）はＲＧＢ画像、図７（ｂ）はＲＧＢ画像に対し色マトリクス変換を行った色マトリクス変換画像、図７（ｃ）は色マトリクス変換画像をＬＵＴ３１によって階調変換後、高輝度領域拡大処理などの更なる処理を実施したＬＶ画像で、図７（ａ）のＲＧＢ画像と図７（ｃ）のＬＶ画像を重ねて表示したものが図７（ｄ）の最終出力画像である。

図８（ａ）〜（ｄ）は、図７（ａ）〜（ｄ）の拡大図である。本拡大図において、中心に時計台が表示されている。時計台の中心の光が、図８（ａ）においてはすべて輝度値の最大値で描画され、白つぶれが起きている。本処理を適用した結果、図８（ｄ）においては、時計台の中心の光の、高輝度領域に相当する部分の階調が良好に表示されている。

本実施形態におけるＬＰＦに関しては、２次元のＬＰＦで、例えば、７×７のタップの積和演算で実現し、例えば全てのタップの重み（係数）が１であるようなフィルタを実装してもよいが、タップのサイズや係数は低域通過フィルタを形成するものであれば、特に上記に限定されるものではない。

高輝度領域拡大処理において、注目画素が高輝度の場合に、注目画素からの他の画素までの距離を計算し、所定の距離以内の画素の高輝度領域拡大データが高輝度ではない場合に、それを高輝度に属するように置換する処理を行ってもよい。本実施形態においては、注目画素の近傍の８画素に関して処理を実施したが、更に１画素離れた、計２４画素に関して、処理を実施してもよい。

ＬＵＴ３１、高輝度領域拡大部３２、選択部３５などの各部において、各画素に対する処理は順次実行してもよいし、並列に実行してもよい。

ＬＶコントローラ８における処理はＬＣＤコントローラ６における処理よりも、処理時間を必要とする可能性がある。この場合は、ＬＣＤコントローラ６の前段、後段、あるいはＬＣＤコントローラ６の内部に、ＬＶコントローラ８と画像表示タイミングを同期させるための遅延回路を備えてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施の形態が可能であることが理解できるであろう。

よって、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形や改良形態も本発明に含まれる。

１ 画像表示装置
２ 画像表示装置本体
３ ＬＣＤモジュール
４ 画像処理エンジン
５ Ｉ／Ｆ（インタフェース）
６ ＬＣＤコントローラ
７ ＲＧＢパネル
８ ＬＶコントローラ
９ ＬＶパネル
１０ バックライトユニット
１１ カラーフィルタ基板
１２ ＴＦＴ基板
１３ 偏光フィルム
１４ 駆動ＩＣ
１５ ガラス基板
１６ ＴＦＴ基板
１７ 偏光フィルム
１８ 駆動ＩＣ
１９ 光ガイドパネル
２０ 光源
３０ 色マトリクス変換部
３１ ルックアップテーブル（ＬＵＴ）
３２ 高輝度領域拡大部
３３ ＬＰＦ部
３４ 遅延部
３５ 選択部

Claims (12)

1. 前側のＬＣＤパネルと後側のＬＣＤパネルを重ねることにより構成された画像表示装置を用いる、画像表示方法であって、
   前記前側のＬＣＤパネルにＲＧＢ画像を表示すること、
   ＲＧＢ画像に基づく画像の階調を、階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルによって階調変換して、輝度が調整されたルックアップテーブル出力画像を生成すること、
   前記後側のＬＣＤパネルに、前記ルックアップテーブル出力画像に基づく白黒調整画像を表示すること、
   を含み、
   前記対応関係は、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、第１閾値以上の場合は、前記画素の輝度値を所定の値に変換するように設定されており、
   前記対応関係は、更に、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、前記第１閾値より大きい第２閾値以上の場合は、前記画素は高輝度領域にあると判断し、前記画素の輝度値を輝度値の最大値に変換するように設定されている、画像表示方法。
2. 前記白黒調整画像は、
   前記ルックアップテーブル出力画像の前記高輝度領域が拡大された高輝度領域拡大データを生成すること、
   前記ルックアップテーブル出力画像にローパスフィルタを適用してローパスフィルタ適用画像を生成すること、
   各画素について、前記高輝度領域拡大データの前記画素に対応する値に応じて、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素に対応する輝度値または前記ローパスフィルタ適用画像の前記画素に対応する輝度値を選択して前記白黒調整画像を生成すること、
   によって生成される、請求項１に記載の画像表示方法。
3. 前記対応関係は、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、第１閾値より小さい場合は、前記画素の輝度値を０から前記所定の値までの値に変換するように設定されている、請求項１または２に記載の画像表示方法。
4. 前記高輝度領域拡大データは、
   各画素に対し、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素の輝度値が輝度値の最大値であって、前記画素に隣接する画素の輝度値が輝度値の最大値ではない場合に、前記隣接する画素の輝度値を輝度値の最大値に置換することによって生成される、請求項２または３に記載の画像表示方法。
5. 前記白黒調整画像は、
   各画素に対し、前記高輝度領域拡大データの前記画素に対応する値が輝度値の最大値であるときに、前記ローパスフィルタ適用画像の前記画素に対応する輝度値を選択し、輝度値の最大値でないときに、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素に対応する輝度値を選択することにより生成される、請求項２から４のいずれか一項に記載の方法。
6. ＲＧＢ画像に基づく前記画像は、ＲＧＢ画像から色マトリクス変換によって生成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の画像表示方法。
7. 前側のＬＣＤパネルと後側のＬＣＤパネルを重ねることにより構成された画像表示装置であって、
   ＲＧＢ画像を信号処理して前記前側のＬＣＤパネルに供給するＬＣＤコントローラと、
   階調変換前後の輝度値の対応関係が登録されたルックアップテーブルであって、ＲＧＢ画像に基づく画像を階調変換し、輝度が調整されたルックアップテーブル出力画像を生成する、前記ルックアップテーブルを含み、前記ルックアップテーブル出力画像に基づく白黒調整画像を前記後側のＬＣＤパネルに供給するＬＶコントローラと、
   を含み、
   前記対応関係は、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、第１閾値以上の場合は、前記画素の輝度値を所定の値に変換するように設定されており、
   前記対応関係は、更に、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、前記第１閾値より大きい第２閾値以上の場合は、前記画素は高輝度領域にあると判断し、前記画素の輝度値を輝度値の最大値に変換するように設定されている、画像表示装置。
8. 前記ＬＶコントローラは、
   前記ルックアップテーブル出力画像の前記高輝度領域を拡大した高輝度領域拡大データを生成する、高輝度領域拡大部と、
   前記ルックアップテーブル出力画像にローパスフィルタを適用してローパスフィルタ適用画像を生成するローパスフィルタ部と、
   各画素について、前記高輝度領域拡大データの前記画素に対応する値に応じて、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素に対応する輝度値または前記ローパスフィルタ適用画像の前記画素に対応する輝度値を選択して前記白黒調整画像を生成する選択部と、
   を更に含む、請求項７に記載の画像表示装置。
9. 前記対応関係は、ＲＧＢ画像に基づく前記画像の各画素の輝度値が、第１閾値より小さい場合は、前記画素の輝度値を０から前記所定の値までの値に変換するように設定されている、請求項７または８に記載の画像表示装置。
10. 前記高輝度領域拡大部は、
    各画素に対し、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素の輝度値が輝度値の最大値であって、前記画素に隣接する画素の輝度値が輝度値の最大値ではない場合に、前記隣接する画素の輝度値を輝度値の最大値に置換することにより、前記高輝度領域拡大データを生成する、請求項８または９に記載の画像表示装置。
11. 前記選択部は、
    各画素に対し、前記高輝度領域拡大データの前記画素に対応する値が輝度値の最大値であるときに、前記ローパスフィルタ適用画像の前記画素に対応する輝度値を選択し、輝度値の最大値でないときに、前記ルックアップテーブル出力画像の前記画素に対応する輝度値を選択することにより前記白黒調整画像を生成する、請求項８から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記ＬＶコントローラは、
    ＲＧＢ画像から色マトリクス変換によって、ＲＧＢ画像に基づく前記画像を生成する色マトリクス変換部をさらに含む、請求項７から１１のいずれか一項に記載の画像表示装置。

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