JP2019201271A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暗部階調補償を伴った光源制御において、明部の階調再現性が低下する。【解決手段】液晶パネルに入射する投射光を生成する光源と、入力映像の明るさ情報を得る明るさ判定手段と、彩度情報を得る彩度判定手段と、入射光量を設定する光源出力制御手段と、明るさ判定手段で取得される明るさ情報が暗いとき光源出力を下げ、明るいとき上げる投射型表示装置において、入力映像の低階調の輝度差を上げ高階調の輝度差を下げ、無彩色以外の色の彩度を上げる処理を任意の強度で行う画像処理手段を有し、その強度は、明るさ判定手段の明るさ情報と彩度判定手段の彩度情報により設定され、明るさ判定手段による明るさ情報が第１の明るさで彩度判定手段による判定が第１の彩度である第１の映像における強度より、明るさ判定手段による判定が第１の明るさで彩度判定手段による判定が第１の彩度より高い第２の彩度である第２の映像における強度を低くする。【選択図】図１

Description

本発明は、投射型表示装置に関するものである。

液晶プロジェクタは、光源光を入射したアクティブマトリックス駆動方式の液晶パネルを映像信号に応じた変調を行い、その変調光をスクリーンに投射することで映像が投影される。

しかし、その光学素子における光漏れなどにより、黒が一定の輝度で表示される黒浮きと呼ばれる現象が発生し、ダイナミックレンジが低下する。黒浮きは、光源光量を低下させれば黒浮きも改善するが、黒以外の階調は輝度低下を伴う。

そこで映像信号に応じた光源光量の制御と同時に、画像の暗部階調を伸長することで、黒浮きの改善を図りつつ黒以外の輝度低下の最小限とすることができる（特許文献1）。

特開2004-325628号公報

暗部の階調伸長を行う場合、その分明部は圧縮され、単色を除く有彩色は彩度が低下する。それを改善するため、階調の圧縮伸長と合わせて、彩度を補正する３次元ルックアップテーブル(3DLUT)処理を行う。

これにより、彩度低下の改善は可能であるが、有彩色部における階調性が低下する。
特に高彩度部位の階調劣化による視認性低下は大きく、星空画像のように、黒背景の中に輝点状に高彩度の画素が点在するような画像において、高彩度部位の視認性への影響は大きい。

本発明の投射型表示装置は、入力信号の映像を表示するマトリクス状に複数の画素が配置される液晶パネルと、
該液晶パネルに入射する投射光を生成する光源と、
入力映像の明るさ情報を得る明るさ判定手段と、
入力映像の彩度情報を得る彩度判定手段と、
前記光源による前記液晶パネルへの入射光量を設定する光源出力制御手段と、
前記明るさ判定手段で取得される明るさ情報が暗いとき光源出力を下げ、明るい時光源出力を上げる投射型表示装置において、
入力映像の低階調の輝度差を上げ高階調の輝度差を下げ、無彩色以外の色の彩度を上げる処理を任意の強度で行う画像処理手段を有し、
前記画像処理手段における強度は、前記明るさ判定手段の明るさ情報と前記彩度判定手段の彩度情報により設定され、
前記明るさ判定手段による明るさ情報が第１の明るさで前記彩度判定手段による判定が第１の彩度である第１の映像における強度より、前記明るさ判定手段による判定が第１の明るさで前記彩度判定手段による判定が第１の彩度より高い第２の彩度である第２の映像における強度が低いことを特徴としている。

本発明によれば、高彩度部位のない暗い画像は黒浮きを改善し、高彩度部位がある画像においてはその視認性を低下を防ぐ投射型装置を実現する。

本発明の実施例１、２における投射型表示装置の構成 本発明の実施例１、２における光源制御による光量の例 本発明の実施例１、２における階調補償の例 本発明の実施例１、２における階調補償を伴った光源制御による光量の例 本発明の実施例１，２における3DLUT補正の例 本発明の実施例１、２における3DLUT115の値の例 本発明の実施例２における領域分割の例

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
図１は、本発明の実施形態にかかわる投射型表示装置である。以下、図１を参照して、本発明の第1の実施例による、表示装置について説明する。入力端子101などに入力された入力信号は、映像入力回路102で、信号種別の判別が行われ、アナログ映像信号であれば、Ａ／Ｄ変換が行われた上で後段の処理が行われる。映像処理回路104は、パネル駆動回路105に入力される信号を調整することで、製品固有の画像処理や、各種ユーザーインターフェースなどを用いてユーザーにより調整される画像処理がなされるように制御される。

パネル駆動回路106は、表示装置の表示画像が、入力信号に応じた適切な輝度となるように液晶パネルを駆動する。光源110を出射した白色光は、光学系を通じ、RGBそれぞれの色に分離し、色ごとの液晶パネル107、108,109に入射される。パネル駆動回路106は、各色ごとの液晶パネル107,108,109からの反射光が入力信号に応じた適切な輝度となるように液晶パネル107,108,109それぞれ変調するように駆動する。その変調された各色光は、再び光学系111により合成され、スクリーン201上にRGB各色光が重畳されて投射される。光源110は、光源制御部112によりその光量を制御する。

図２は、光源110の出力を制御し、光量を下げたときの、入力信号に対する光量変化である。0を入力したときの輝度が低下することで黒の再現性を向上し視認性を向上することができる。しかし、黒を除く階調は輝度低下により視認性が劣化する。そこで、入力信号に対して図３のようなガンマ補正を行う。このときの、入力信号に対する光量変化は図４のようになる。0を入力したときの輝度は低下したまま、0を超える暗部階調について視認性は光源出力が高い場合に近づき視認性が向上する。ただし、明部の階調は圧縮されることになり、単色を除く有彩色で、RGBバランスが崩れ彩度が低下することで視認性が低下する。

そこで、3DLUT処理回路105において、前述のガンマ補正と合わせて、単色を除く有彩色で彩度の補正を行う３次元ルックアップテーブル(3DLUT)補正を行う。3DLUT処理回路114では、図５のようなRGB入力の各組合せ毎のRGB各補正量としてあらわされる3DLUT115に対して別途設定されるゲインを乗算した補正量を、元の入力に対して加算することで補正結果を得る。ゲインが0のときは、入力信号に対して補正は行われず入力信号そのままが出力される。

図５は8ビット入力時の3DLUTの補正点の様子であり、ビット深度の異なる場合や、代表点による補間演算を伴う場合も同様である。前述のガンマ補正と、単色を除く有彩色で彩度の補正を行う3DLUTの例を図６に示す。入力信号との差分で表される3DLUT補正量と、最大のゲインをかけたときの補正結果の値である。

例えば、No1〜No3のように単色の場合は、図３のようなガンマ補正を行う。No4のような単色でない有彩色は、RGBバランスを保持するような補正量とする。しかし、No5,6のように高彩度の部位において、入力の増加に対して補正結果の増加が保障されず視認性が劣化する。

そこで、前記光源制御と合わせ、高彩度部位の階調性が劣化しないように、高彩度部位の多い画像の場合、3DLUT補正量に対するゲインを下げる。画像特徴検出回路103は、入力映像の各種特徴量を検出する。例えば輝度ヒストグラムや、画像の彩度情報など、機能毎に必要な画像適応処理の特徴量を検出する。

明暗判定部113は、画像特徴量抽出回路103より得られる画像の平均輝度や、輝度ヒストグラムを重みづけ加算した指標値等をもとに、最適な光量を決定するゲイン値Gain_L0と3DLUT補正量に対するゲイン値Gain_C0を算出する。Gain_L0は、明るい映像の時は光源制御範囲の最大となるように1を出力し、黒が多いほど、小さな値を出力する。Gain_C0は、明るい映像の時は画像補正量を行わないように0を出力し、黒が多いほど、大きな値を出力する。

彩度判定部114は、画像特徴検出回路103より、以下の式で表される平均彩度を算出するなどして、高彩度部位の量を検出し、画面全体のGain_L0とGain_C0の修正量を決定する値Gain_L1、Gain_C1を算出する。

Gain_L1は、高彩度部位の量の少ない映像の時はGain_L0の値に対する補正を行わないように1を、高彩度部位の量が多いほど、Gain_L0の値を大きな値に修正するために大きな値を出力する。光源制御部112は、Gain_L0とGain_L1を乗算した値により、光源制御範囲内の出力で光源制御を行う。

その結果、明るい画像のとき、もしくは黒が多くても高彩度部位の量が多いとき、光源出力は大きくなる。また、黒が多く高彩度部位が少ない時、光源出力は小さくなる。3DLUT処理回路105は、Gain_C0とGain_C1を乗算した値を、3DLUT115に対してゲイン乗算し、その値を入力信号に加算する。その値を入力信号に加算することで、ガンマ補正と単色を除く有彩色の彩度補正を行う。

以上のように制御を行うことで、黒が多く高彩度部位が少ない時は、黒の再現性を向上し、高彩度部位の量が多い時は、高彩度部位の階調性を維持することができる。

彩度判定は画像の平均彩度を指標値として用いる例を用いたが、画素毎彩度のヒストグラムに対して彩度毎の重みづけ総和値を指標値として用いてもよい。これにより、よりきめ細かな彩度判定を行うことができる。

また、Gain_L0とGain_L1を乗算する例を示したが、Gain_L1について、高彩度部位が多い時1、高彩度部位が少ない時ほど小さな値を出力し、光源制御部はGain_L0とGain_L1の大きいほうの値により、光源制御範囲内の出力で光源制御を行うようにしてもよい。また、彩度判定部114によりGain_L1が設定される構成としたが、Gain_L1は彩度判定部に依存しない構成、もしくはGain_L1は1固定としてもよい。

［実施例２］
実施例１と同様、以下、図１を参照して、本発明の第２の実施例による、投射型表示装置について説明する。

以下、図１を参照して、本発明の第1の実施例による、表示装置について説明する。入力端子101などに入力された入力信号は、映像入力回路102で、信号種別の判別が行われ、アナログ映像信号であれば、Ａ／Ｄ変換が行われた上で後段の処理が行われる。映像処理回路104は、パネル駆動回路105に入力される信号を調整することで、製品固有の画像処理や、各種ユーザーインターフェースなどを用いてユーザーにより調整される画像処理がなされるように制御される。

パネル駆動回路106は、表示装置の表示画像が、入力信号に応じた適切な輝度となるように液晶パネルを駆動する。光源110を出射した白色光は、光学系を通じ、RGBそれぞれの色に分離し、色ごとの液晶パネル107、108,109に入射される。パネル駆動回路106は、各色ごとの液晶パネル107,108,109からの反射光が入力信号に応じた適切な輝度となるように液晶パネル107,108,109それぞれ変調するように駆動する。その変調された各色光は、再び光学系111により合成され、スクリーン201上にRGB各色光が重畳されて投射される。光源110は、光源制御部112によりその光量を制御する。

図２は、光源110の出力を制御し、光量を下げたときの、入力信号に対する光量変化である。0を入力したときの輝度が低下することで黒の再現性を向上し視認性を向上することができる。しかし、黒を除く階調は輝度低下により視認性が劣化する。

そこで、入力信号に対して図３のようなガンマ補正を行う。このときの、入力信号に対する光量変化は図４のようになる。0を入力したときの輝度は低下したまま、0を超える暗部階調について視認性は光源出力が高い場合に近づき視認性が向上する。

ただし、明部の階調は圧縮されることになり、単色を除く有彩色で、RGBバランスが崩れ彩度が低下することで視認性が低下する。

そこで、3DLUT処理回路105において、前述のガンマ補正と合わせて、単色を除く有彩色で彩度の補正を行う３次元ルックアップテーブル(3DLUT)補正を行う。3DLUT処理回路114では、図５のようなRGB入力の各組合せ毎のRGB各補正量としてあらわされる3DLUT115に対して別途設定されるゲインを乗算した補正量を、元の入力に対して加算することで補正結果を得る。

このときゲインは図７のように分割された領域毎に設定可能である。このとき、領域境界付近で不連続なゲインとならないように、画素毎に周囲領域の値とその画素の位置に応じた補間演算を画素毎のゲインとすることで、画面内にわたって連続的なゲイン値とすることが可能である。ゲインが0のときは、入力信号に対して補正は行われず入力信号そのままが出力される。

図５は8ビット入力時の3DLUTの補正点の様子であり、ビット深度の異なる場合や、代表点による補間演算を伴う場合も同様である。前述のガンマ補正と、単色を除く有彩色で彩度の補正を行う3DLUTの例を図６に示す。入力信号との差分で表される3DLUT補正量と、最大のゲインをかけたときの補正結果の値である。例えば、No1〜No3のように単色の場合は、図３のようなガンマ補正を行う。No4のような単色でない有彩色は、RGBバランスを保持するような補正量とする。

しかし、No5,6のように高彩度の部位において、入力の増加に対して補正結果の増加が保障されず視認性が劣化する。

そこで、前記光源制御と合わせ、高彩度部位の階調性が劣化しないように、高彩度部位の多い画像の場合、3DLUT補正量に対するゲインを下げる。画像特徴検出回路103は、入力映像の各種特徴量を検出する。例えば輝度ヒストグラムや、画像の彩度情報など、機能毎に必要な画像適応処理の特徴量を検出する。

明暗判定部113は、画像特徴量抽出回路103より得られる画像の平均輝度や、輝度ヒストグラムを重みづけ加算した指標値等をもとに、最適な光量を決定するゲイン値Gain_L0と3DLUT補正量に対するゲイン値Gain_C0を算出する。Gain_L0は、明るい映像の時は光源制御範囲の最大となるように1を出力し、黒が多いほど、小さな値を出力する。Gain_C0は、明るい映像の時は画像補正量を行わないように0を出力し、黒が多いほど、大きな値を出力する。

彩度判定部114は、画像特徴検出回路103より、以下の式で表される平均彩度などにより、高彩度部位の量を検出し、画面全体のGain_L0と分割領域毎のGain_C0の修正量を決定する値Gain_L1、Gain_C1を算出する。

Gain_L1は、高彩度部位の量の少ない映像の時はGain_L0の値に対する補正を行わないように1を、高彩度部位の量が多いほど、Gain_L0の値を大きな値に修正するために大きな値を出力する。光源制御部112は、Gain_L0とGain_L1を乗算した値により、光源制御範囲内の出力で光源制御を行う。

その結果、明るい画像のとき、もしくは黒が多くても高彩度部位の量が多いとき、光源出力は大きくなる。また、黒が多く高彩度部位の量が少ない時、光源出力は小さくなる。3DLUT処理回路105は、図7の分割領域毎に求めたGain_C0とGain_C1を乗算した値を、3DLUT115に対してゲイン乗算し、その値を入力信号に加算することで、ガンマ補正と単色を除く有彩色の彩度補正を行う。

28,30]]その値を入力信号に加算することで、ガンマ補正と単色を除く有彩色の彩度補正を行う。

以上のように制御を行うことで、黒が多く高彩度部位が少ない時は、黒の再現性を向上し、高彩度部位の量が多い時は、高彩度部位の階調性を維持することができる。

彩度判定は画像の平均彩度を指標値として用いる例を用いたが、画素毎彩度のヒストグラムに対して彩度毎の重みづけ総和値を指標値として用いてもよい。
これにより、よりきめ細かな彩度判定を行うことができる。

また、Gain_L0とGain_L1を乗算する例を示したが、Gain_L1について、高彩度部位が多い時1、高彩度部位が少ない時ほど小さな値を出力し、光源制御部はGain_L0とGain_L1の大きいほうの値により、光源制御範囲内の出力で光源制御を行うようにしてもよい。

また、彩度判定部114によりGain_L1が設定される構成としたが、Gain_L1は彩度判定部に依存しない構成、もしくはGain_L1は1固定としてもよい。

101 入力端子
102 映像入力回路

Claims (6)

1. 入力信号の映像を表示するマトリクス状に複数の画素が配置される液晶パネルと、
   該液晶パネルに入射する投射光を生成する光源と、
   入力映像の明るさ情報を得る明るさ判定手段と、
   入力映像の彩度情報を得る彩度判定手段と、
   前記光源による前記液晶パネルへの入射光量を設定する光源出力制御手段と、
   前記明るさ判定手段で取得される明るさ情報が暗いとき光源出力を下げ、明るい時光源出力を上げる投射型表示装置において、
   入力映像の低階調の輝度差を上げ高階調の輝度差を下げ、無彩色以外の色の彩度を上げる処理を任意の強度で行う画像処理手段を有し、
   前記画像処理手段における強度は、前記明るさ判定手段の明るさ情報と前記彩度判定手段の彩度情報により設定され、
   前記明るさ判定手段による明るさ情報が第１の明るさで前記彩度判定手段による判定が第１の彩度である第１の映像における強度より、前記明るさ判定手段による判定が第１の明るさで前記彩度判定手段による判定が第１の彩度より高い第２の彩度である第２の映像における強度が低いことを特徴とする
   投射型表示装置。
2. 請求項１に記載の投射型表示装置おいて、
   前記光源制御手段における光源出力は、前記明るさ判定手段による判定が第１の明るさ、前記彩度判定手段による判定が第１の彩度である第１の映像における光源出力より、前記明るさ判定手段による判定が第１の明るさ、前記彩度判定手段による判定が第１の彩度より高い第２の彩度である第２の映像における光源出力が高いことを特徴とする
   投射型表示装置。
3. 請求項１または２に記載の投射型表示装置において、
   前記画像処理手段は、入力信号の色の値の組合せごとに保持される入力信号に対する補正量を保持した３次元ルックアップテーブルに対して、ゲインを設定し、補正量に乗算して算出される補正量を、入力信号に加算することで出力を得る３次元ルックアップテーブル処理であり、
   前記３次元ルックアップテーブルの値は、低階調の輝度差を上げ高階調の輝度差を下げ、無彩色以外の色の彩度を上げる値ことを特徴とする
   投射型表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、
   前記彩度情報は、入力映像の平均彩度であることを特徴とする
   投射型表示装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、
   前記彩度情報は、入力映像の彩度ヒストグラムの重みづけ総和であることを特徴とする
   投射型表示装置。
6. 請求項３乃至５のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、
   前記彩度判定手段は、入力映像を分割した領域毎に判定され、
   前記画像処理手段におけるゲインは、前記彩度判定手段の領域毎の判定結果により、入力分割領域毎に設定されることを特徴とする
   投射型表示装置。