JP2016133525A - 輝度補正装置、画像表示装置および輝度補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】階調性を向上させる輝度補正装置、画像表示装置および輝度補正方法を提供する。【解決手段】本実施形態による輝度補正装置は、画像を表示する表示部と、表示部の外縁に設けられたフレーム部と、表示部とフレーム部との間の境界部を跨ぎ且つ表示部に対向するように設けられたレンズ部とを有する画像表示装置に用いられる。輝度補正装置は、入力部と、補正係数生成部と、輝度補正部と、出力部とを備える。入力部は、入力輝度を入力する。補正係数生成部は、入力輝度に基づいて補正係数を生成する。輝度補正部は、補正係数を入力輝度に乗じて出力輝度を算出する。出力部は、出力輝度を表示部に出力する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、輝度補正装置、画像表示装置および輝度補正方法に関する。

ディスプレイの前面にレンズを配置することで、ディスプレイのフレームを目立たないようにする技術（いわゆるフレームレスタイリング技術）がある。この技術には、レンズを通して見える画素（すなわち、フレームの近傍に配置された画素）が、他の画素に比較して暗く見えてしまうといった問題がある。

このような問題に対処する手段として、輝度補正処理がある。輝度補正処理は、レンズを通して見える画素の輝度値を他の画素の輝度値より大きくすることで、レンズを通して見える画素と他の画素とが同じ明るさで見えるようにするものである。輝度補正処理では、ディスプレイに入力される画素ごとの入力輝度値に、画素ごとの補正係数を乗じる。具体的には、レンズを通して見える画素の入力輝度値には、値が大きい補正係数を乗じ、他の画素の入力輝度値には、値が小さい補正係数を乗じる。

しかしながら、従来の輝度補正処理には、入力輝度値が小さい（すなわち低い）場合に、レンズを通して見える画素が他の画素に比較して明るく見えてしまうことで、いわゆる黒浮きが発生したり、階調性が低下してしまうといった問題がある。

特開２０１３−１５２３３５号公報

本発明が解決しようとする課題は、階調性を向上させることができる輝度補正装置、画像表示装置および輝度補正方法を提供することである。

本実施形態による輝度補正装置は、画像を表示する表示部と、表示部の外縁に設けられたフレーム部と、表示部とフレーム部との間の境界部を跨ぎ且つ表示部に対向するように設けられたレンズ部とを有する画像表示装置に用いられる。輝度補正装置は、入力部と、補正係数生成部と、輝度補正部と、出力部とを備える。入力部は、入力輝度を入力する。補正係数生成部は、入力輝度に基づいて補正係数を生成する。輝度補正部は、補正係数を入力輝度に乗じて出力輝度を算出する。出力部は、出力輝度を表示部に出力する。

本実施形態を示す画像表示システム１の模式的な正面図である。 図１の２−２断面模式図である。 図１の画像表示システム１における輝度補正装置１５のブロック図である。 輝度補正装置１５の動作例を示すフローチャートである。 補正係数の一例を示すグラフである。 補正係数の一例を示す模式図である。 （Ａ）および（Ｂ）のいずれも、補正係数の変形例を示すグラフである。 レンズ部１４１の変形例を模式的に示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１は、本実施形態を示す画像表示システム１の模式的な正面図である。図２は、図１の２−２断面模式図である。

図１に示すように、画像表示システム１は、画像表示装置１０と、入力画像生成装置１６とを有する。画像表示装置１０は、表示部１１と、フレーム部１２と、レンズ板１４と、輝度補正装置１５とを備える。レンズ板１４は、レンズ部１４１と非レンズ部１４２とを備える。

（画像表示装置１０）
画像表示装置１０は、入力画像生成装置１６と有線または無線によって接続されている。入力画像生成装置１６は、複数の画素の入力輝度値を有する第１の画像データを生成する。そして、入力画像生成装置１６は、生成された第１の画像データを画像表示装置１０に出力する。画像表示装置１０は、入力画像生成装置１６から入力された第１の画像データに基づいて、後述する第２の画像データを生成する。そして、画像表示装置１０は、生成された第２の画像データに対応する画像（映像）を表示部１１に表示する。

入力画像生成装置１６は、例えば、ＤＶＤプレーヤである。この他にも、入力画像生成装置１６は、ブルーレイプレーヤ、ハードディスクドライブ、または、外部ネットワーク上のサーバなどであってもよい。表示部１１は、例えば、液晶表示パネルである。この他にも、表示部１１は、プラズマディスプレイパネルや有機ＥＬディスプレイパネルなどであってもよい。

また、入力画像生成装置１６は、レンズ板１４のレンズ部１４１の倍率を考慮して第１の画像データを生成することが望ましい。具体的には、入力画像生成装置１６は、レンズ部１４１での像の拡大を見越して、レンズ部１４１に光学的に結合される画像を、非レンズ部１４２に光学的に結合される画像よりも表示面積が小さい画像にすることが望ましい。このように、レンズ部１４１の倍率を考慮して第１の画像データを生成することで、レンズ部１４１を通して見える画像が非レンズ部１４２を通して見える画像よりも大きくなることを抑制できる。これにより、画像の視認性を向上させることができる。

フレーム部１２は、表示部１１の外縁に設けられている。フレーム部１２は、表示部１１を保持するために不可避的な構成である一方で、表示部１１の外縁に存在するため、画像の視認性を悪くすることがある。そこで、画像表示装置１０は、フレーム部１２を視聴者から目立たないようにするために、レンズ部１４１を備えている。

図２に示すように、レンズ部１４１は、表示部１１とフレーム部１２との間の境界部１３、すなわち境界線を跨ぐように設けられている。また、レンズ部１４１は、表示部１１に対する視認側（前方）の位置において、表示部１１に対向するように設けられている。

レンズ部１４１には、表示部１１の画素のうちフレーム部１２の近傍に配置された画素Ｐの出射光が入射する。すなわち、レンズ部１４１には、画素Ｐが光学的に結合される。レンズ部１４１は、画素Ｐの出射光を視認側に向けて屈折させる。レンズ部１４１での画素Ｐの出射光の屈折により、ユーザは、本来画像が表示されないフレーム部１２の領域上に、レンズ部１４１を通して画像を視認できる。このようにして、フレーム部１２を目立たなくすることができる。

また、レンズ部１４１は、非レンズ部１４２の外縁に、非レンズ部１４２と一体的に設けられている。非レンズ部１４２は、透明材料によって厚みが一定の板状に形成されている。非レンズ部１４２は、レンズ部１４１とは異なり、意図的な屈折力は有していない。

レンズ板１４の具体的な態様は上記のものに限定されず、例えば、レンズ板１４は、平面形状が矩形のガラス平板（非レンズ部１４２）の外周縁にレンズ部１４１を貼り合わせたものであってもよい。また、レンズ部１４１は、例えば、非球面レンズや貼り合わせレンズなどであってもよい。

既述したように、レンズ部１４１は、フレーム部１２を目立たなくすることができるので、画像の視認性を向上させることができる。しかしながら、レンズ部１４１を設けただけでは、レンズ部１４１に光学的に結合される画素（すなわち、レンズ部１４１を通して見える画素）が、非レンズ部１４２に光学的に結合される画素（すなわち、非レンズ部１４２を通して見える画素）に比較して暗く見えてしまう。このように、レンズ部１４１に光学的に結合される画素の外観上の明るさが低下することで、階調性が悪くなってしまう。

そこで、画像表示装置１０は、レンズ部１４１を設けた場合においても良好な階調性を得るために、輝度補正装置１５を備えている。輝度補正装置１５は、例えば、画素の入力輝度値（明るさ）をγ補正によって補正するガンマ補正回路である。輝度補正装置１５は、入力輝度値を補正できるハードウェアであれば、ガンマ補正回路以外の電子装置であってもよい。また、輝度補正装置１５は、ハードウェアに限らずソフトウェアで構成されてもよい。

（輝度補正装置１５）
図３は、図１の画像表示システム１における輝度補正装置１５のブロック図である。図３に示すように、輝度補正装置１５は、入力部１５１と、補正係数生成部１５２と、輝度補正部１５３と、出力部１５４とを備える。

入力部１５１には、入力画像生成装置１６から第１の画像データＩ１が入力される。ここで、既述したように、第１の画像データＩ１は、複数の画素の入力輝度値ｌｉｎを有する。そして、入力部１５１は、第１の画像データＩ１を補正係数生成部１５２に出力する。

補正係数生成部１５２には、入力部１５１から第１の画像データＩ１が入力される。補正係数生成部１５２は、第１の画像データＩ１の入力輝度値ｌｉｎと、画素の位置すなわち座標（ｘ，ｙ）とに基づいて、補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）を生成する。なお、補正係数生成部１５２は、レンズ部１４１に光学的に結合される画素Ｐの補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）としては、入力輝度値ｌｉｎが小さいほど小さい値を生成する。そして、補正係数生成部１５２は、生成された補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）と、第１の画像データＩ１とを、輝度補正部１５３に出力する。

輝度補正部１５３には、補正係数生成部１５２から補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）および第１の画像データＩ１が入力される。なお、輝度補正部１５３は、第１の画像データＩ１を入力部１５１から入力してもよい。輝度補正部１５３は、補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）と第１の画像データＩ１とに基づいて、出力輝度値ｌｏｕｔを算出する。具体的には、輝度補正部１５３は、補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）を第１の画像データＩ１の入力輝度値ｌｉｎに乗じることで、出力輝度値ｌｏｕｔを算出する。すなわち、出力輝度値ｌｏｕｔは、次式を満足する。

ｌｏｕｔ＝ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）×ｌｉｎ （１）

輝度補正部１５３は、算出された出力輝度値ｌｏｕｔに基づいて、第２画像データＩ２を生成する。ここで、第２画像データＩ２は、第１の画像データＩ１のうち、少なくともレンズ部１４１に光学的に結合される画素Ｐの入力輝度値を補正係数により補正して得られた画像データである。すなわち、第２画像データＩ２は、第１の画像データＩ１に対する輝度補正処理によって得られた画像データである。さらに換言すると、第２画像データＩ２は、複数の画素の出力輝度値を有する画像データである。輝度補正部１５３は、生成された第２画像データＩ２を出力部１５４に出力する。

出力部１５４は、輝度補正部１５３から入力された第２画像データＩ２を、表示部１１に出力する。

ここで、輝度値が小さい画素からの出射光は、輝度値が大きい画素からの出射光に比較して、指向性が弱く拡散し易いため、表示部１１の周辺側のレンズ部１４１に集中し易い。

したがって、第１の画像データＩ１の入力輝度値ｌｉｎが小さい状況において、もし、画素の位置のみを考慮した補正係数を用いて輝度補正処理を行った場合には、レンズ部１４１に光学的に結合される画素Ｐが、非レンズ部１４２に光学的に結合される画素に比較して明るく見えしまう。

すなわち、表示部１１とフレーム部１２との境界部１３付近において黒浮きが生じてしまう。この黒浮きは、視聴者が表示部１１を斜めから見る場合において、より顕著となる。

これに対して、本実施形態における補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）は、画素の位置（ｘ，ｙ）だけでなく、入力輝度値ｌｉｎも考慮したものである。具体的には、既述したように、補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）は、入力輝度値ｌｉｎが小さいほど小さい値を有する。

したがって、補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）を用いることで、入力輝度値ｌｉｎが小さい場合における輝度補正処理による画素Ｐの輝度値の増加量を、入力輝度値ｌｉｎが大きい場合における増加量よりも少なくすることができる。このように、入力輝度値ｌｉｎが小さい場合に画素Ｐの輝度値の増加を抑制することで、黒浮きを抑制できる。黒浮きを抑制できる結果、階調性を向上させることができる。

（輝度補正処理）
次に、図４〜図７を用いて、輝度補正装置１５の動作例としての輝度補正処理を説明する。図４は、輝度補正装置１５の動作例を示すフローチャートである。図５は、補正係数の一例を示すグラフである。図６は、補正係数の一例を示す模式図である。図７（Ａ），（Ｂ）は、補正係数の変形例を示すグラフである。

先ず、入力部１５１は、入力画像生成装置１６から第１の画像データＩ１を入力する（ステップＳ１）。

次いで、補正係数生成部１５２は、第１の画像データＩ１の入力輝度値ｌｉｎと、画素の位置（ｘ，ｙ）とに基づいて、補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）を生成する（ステップＳ２）。

ここで、補正係数生成部１５２は、例えば、入力輝度値ｌｉｎを引数とする単調増加関数に基づいて補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）を生成する。この場合に、単調増加関数は、例えば、次の式（２）で与えられる。

ａ（ｘ，ｙ，ｌ）＝ｌｉｎ／ｌｍａｘ（ａ（ｘ，ｙ，ｌｍａｘ）−ａ＿ｏｆｆｓｅｔ）＋ａ＿ｏｆｆｓｅｔ （２）
但し、（２）式において、ｘは、表示部１１のｘ座標である。また、ｙは、表示部１１のｙ座標である。また、ｌｉｎは、入力輝度値である。また、ｌｍａｘは、入力輝度値の最大値である。また、ａ＿ｏｆｆｓｅｔは、オフセット値である。（２）式の右辺のうち、ｌｉｎは変数であり、ｌｍａｘ、ａ（ｘ，ｙ，ｌｍａｘ）およびａ＿ｏｆｆｓｅｔは定数である。

図５は、（２）式をグラフで示したものである。図５に示すように、（２）式の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）は、入力輝度値ｌｉｎの増加にしたがって線形的に増加する一次関数である。

図６は、（２）式の適用例として、画素の位置に応じて異なる補正係数を示したものである。図６には、全画素の入力輝度値ｌｉｎを或る一定の高輝度値とした場合の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｈｉｇｈと、全画素の入力輝度値ｌｉｎを或る一定の低輝度値とした場合の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｌｏｗとが示されている。

図６に示すように、高輝度時の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｈｉｇｈのオフセット値ａ＿ｏｆｆｓｅｔと、低輝度時の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｌｏｗのオフセット値ａ＿ｏｆｆｓｅｔとは、いずれも、レンズ部１４１の光軸ＯＡ上の画素の補正係数に等しい。また、レンズ部１４１の光軸ＯＡ上の画素の補正係数は、非レンズ部１４２に光学的に結合される画素の補正係数ａ＿ｏｆｆｓｅｔに等しい。

高輝度時の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｈｉｇｈおよび低輝度時の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｌｏｗは、いずれも、光軸ＯＡ上の画素から離れた画素ほど大きい。その理由は、光軸ＯＡ上の画素から離れた画素の出射光ほど、レンズ部１４１において光軸ＯＡ方向（視認側）から離れた方向に屈折されることで、視認側において暗く見えるからである。このような外観上の明るさの低下を見越して、光軸ＯＡ上の画素から離れた画素に大きな補正係数を設定することで、画素の位置に依存する明るさのばらつきを抑えることができる。

一方、高輝度時の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｈｉｇｈと、低輝度時の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｌｏｗとは、光軸ＯＡ上の画素から離れることにともなう輝度値の増加量（すなわち）傾きが異なる。具体的には、低輝度時の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｌｏｗの増加量は、高輝度時の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｈｉｇｈの増加量に比較して小さい。その理由は、レンズ部１４１に光学的に結合される画素（光軸ＯＡ上の画素を除く）の補正係数として、（２）式を満足する補正係数を採用しているからである。

また、図６に示されるように、補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｈｉｇｈおよびａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｌｏｗは、光軸ＯＡ上の画素から離れた画素ほど大きくなり、且つ光軸ＯＡ上の画素から離れることに伴う輝度値の増加量が互いに異なるように設定される。これにより、画素の位置に依存する明るさのばらつきを抑えつつ、低輝度時の黒浮きを抑制することができる。

なお、図６では、便宜上、全画素の輝度値を一定にしているが、各画素の輝度値が異なる場合にも、（２）式を満足する補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）を用いることで、黒浮を抑制できる。また、高輝度時の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｈｉｇｈのオフセット値ａ＿ｏｆｆｓｅｔは、低輝度時の補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）＿Ｌｏｗのオフセット値ａ＿ｏｆｆｓｅｔと異なってもよい。また、レンズ部１４１の光軸ＯＡ上の画素の補正係数は、非レンズ部１４２に光学的に結合される画素の補正係数と異なってもよい。また、オフセット値ａ＿ｏｆｆｓｅｔは、画素の位置に応じて異なってもよい。

次いで、図４に示すように、輝度補正部１５３は、補正係数に基づいて出力輝度値ｌｏｕｔを算出する（ステップＳ３）。また、輝度補正部１５３は、出力輝度値ｌｏｕｔを有する第２画像データＩ２を生成する。

次いで、出力部１５４は、第２画像データＩ２を表示部１１に出力する（ステップＳ４）。

以上説明したように、本実施形態によれば、入力輝度値ｌｉｎを考慮した補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）を用いた輝度補正処理を行うことで、入力輝度値ｌｉｎが小さい場合における黒浮きを抑制することができる。

また、本実施形態の画像表示装置１０は、複数の表示部１１を並べて大画面表示を行う場合にも有効に適用することができる。具体的には、複数の表示部１１を縦横に隣接するように配置して大画面表示を行う場合に、表示部１１の継ぎ目および黒浮きが目立たない高階調の表示を実現できる。

（変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。図７（Ａ），（Ｂ）は、補正係数の変形例を示すグラフである。図８は、レンズ部１４１の変形例を示す正面図である。

図５に示した補正係数ａ（ｘ，ｙ，ｌｉｎ）は、単調増加関数としての連続的な一次関数である。しかしながら、単調増加関数の態様は、図５の態様に限定されない。例えば、図７（Ａ）に示すように、単調増加関数は、下に凸の二次関数であってもよい。または、図７（Ｂ）に示すように、単調増加関数は、不連続関数であってもよい。図７（Ａ）、図７（Ｂ）の補正係数を用いて輝度補正処理を行う場合にも、図５の補正係数を用いる場合と同様の作用効果を奏し得る。

また、図１に示したレンズ部１４１は枠状を呈するが、レンズ部１４１の態様は図１の態様に限定されない。例えば、図８に示すように、レンズ部１４１を表示部１１の左右の縁部のみに設けてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０ 画像表示装置
１１ 表示部
１２ フレーム部
１３ 境界部
１４ レンズ板
１４１ レンズ部
１４２ 非レンズ部
１５ 輝度補正装置
１５１ 入力部
１５２ 補正係数生成部
１５３ 輝度補正部
１５４ 出力部
１６ 入力画像生成装置
ＯＡ 光軸
Ｐ 画素

Claims (10)

1. 画像を表示する表示部と、前記表示部の外縁に設けられたフレーム部と、前記表示部と前記フレーム部との間の境界部を跨ぎ且つ前記表示部に対向するように設けられたレンズ部とを有する画像表示装置に用いられる輝度補正装置であって、
   入力輝度を入力する入力部と、
   前記入力輝度に基づいて補正係数を生成する補正係数生成部と、
   前記補正係数を前記入力輝度に乗じて出力輝度を算出する輝度補正部と、
   前記出力輝度を前記表示部に出力する出力部と、
   を備える、輝度補正装置。
2. 前記補正係数生成部は、前記補正係数として、前記入力輝度が小さいほど小さい値を生成する、請求項１に記載の輝度補正装置。
3. 前記補正係数生成部は、前記入力輝度を引数とする単調増加関数に基づいて前記補正係数を生成する、請求項２に記載の輝度補正装置。
4. 前記単調増加関数は、下に凸の二次関数、または不連続関数である、請求項３に記載の輝度補正装置。
5. 前記単調増加関数は、次の式（１）で与えられる請求項３に記載の輝度補正装置。
   ａ（ｘ、ｙ、ｌｉｎ）＝ｌｉｎ／ｌｍａｘ（ａ（ｘ、ｙ、ｌｍａｘ）−ａ＿ｏｆｆｓｅｔ）＋ａ＿ｏｆｆｓｅｔ （１）
   但し、
   ｘ：前記表示部のｘ座標、ｙ：前記表示部のｙ座標、ｌｉｎ：入力輝度値、ｌｍａｘ：入力輝度値の最大値、ａ＿ｏｆｆｓｅｔ：オフセット値である。
6. 前記入力部は、複数の画素の入力輝度を有する第１の画像データを入力し、
   前記出力部は、前記第１の画像データのうち、少なくとも前記レンズ部に光学的に結合される画素の入力輝度を前記補正係数により補正して得られた第２の画像データを前記表示部に出力する、請求項１に記載の輝度補正装置。
7. 前記補正係数生成部は、前記入力輝度、および前記画素の位置に基づいて前記補正係数を生成する、請求項６に記載の輝度補正装置。
8. 前記補正係数生成部は、前記補正係数として、前記レンズ部の光軸上の画素から離れた画素ほど大きい値を生成する、請求項６に記載の輝度補正装置。
9. 画像を表示する表示部と、
   前記表示部の外縁に設けられたフレーム部と、
   前記表示部と前記フレーム部との間の境界部を跨ぎ且つ前記表示部に対向するように設けられたレンズ部と、
   入力輝度を補正する輝度補正装置と、を備え、
   前記輝度補正装置は、
   前記入力輝度を入力する入力部と、
   前記入力輝度に基づいて補正係数を生成する補正係数生成部と、
   前記補正係数を前記入力輝度に乗じて出力輝度を算出する輝度補正部と、
   前記出力輝度を前記表示部に出力する出力部と、
   を有する、画像表示装置。
10. 画像を表示する表示部と、前記表示部の外縁に設けられたフレーム部と、前記表示部と前記フレーム部との間の境界部を跨ぎ且つ前記表示部に対向するように設けられたレンズ部とを有する画像表示装置における輝度補正方法であって、
    入力輝度を入力するステップと、
    前記入力輝度に基づいて補正係数を生成するステップと、
    前記補正係数を前記入力輝度に乗じて出力輝度を算出するステップと、
    前記出力輝度を前記表示部に出力するステップと、
    を備える、輝度補正方法。

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