JP3818956B2

JP3818956B2 - 自動輝度調整装置及び方法

Info

Publication number: JP3818956B2
Application number: JP2002323072A
Authority: JP
Inventors: 浩一宗野
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2022-11-06
Also published as: KR100425312B1; KR20030047530A; US7948563B2; US20030107682A1; JP2003283954A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は輝度調整装置及び方法に係り、特に、表示画像の平均輝度レベルに応じて複数の輝度領域で該当領域別に自動的に輝度を調整するための自動輝度調整装置及び自動輝度調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、デジタル方式のディスプレイ装置では、図１に示されたように、各ビットに対して重みを付けた時分割された画像信号を順番に表示し、その積分値で画像の輝度差を表現している。すなわち、暗い画像では重み付け値が低いＤ０−Ｄ２ビットのみを適宜にオン／オフして画像を表示し、明るい画像ではＤ０−Ｄ７のビットを適宜にオン／オフして画像を表示する。
【０００３】
しかしながら、デジタルディスプレイ装置で応答速度が十分に速くない場合には、入力された画像信号の輝度がビット値に従って十分に上昇するも前に表示期間が終わってしまい、意図した画像より暗くなるという問題点があった。
【０００４】
さらに、従来の技術による液晶素子を用いたアナログ方式のディスプレイ装置の電気光学特性は、通常、図２に示されたように、非線形特性を有する。かかる非線形的な特性をガンマ補正技術を用いて一部補償したりもするが、極めて暗い部分または極めて明るい部分では印加する電圧に対してコントラストの差が小さく、且つ、補正が十分に行えないために、暗い画像ではあまりにも暗くディスプレイされ、明るい画像ではあまりにも明るくディスプレイされるという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前記問題点を解決するために、表示画像の平均輝度を検出し、検出された平均輝度値に基づき予め設定された複数の輝度レベル領域別にコントラスト及び明るさを自動的に調整する自動輝度調整装置及び自動輝度調整方法を提供するところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するために、本発明に係る自動輝度調整装置は、信号処理装置において、表示画像の平均輝度値及び最大輝度値を演算するための輝度演算部と、前記最大輝度値を適用して輝度レベルを複数の輝度領域に区分けし、前記演算された平均輝度値が前記複数の輝度領域のうちどの輝度領域に対応するかを判断するための輝度レベル領域判断部と、前記輝度レベル領域判断部で判断された前記輝度領域が下位レベル領域に該当する場合は、前記輝度領域の値に応じて前記輝度レベルの増幅度を増加させ、前記輝度領域が上位レベル領域に該当する場合には、前記輝度領域の値に応じて前記輝度レベルの増幅度を減少させるように制御する自動輝度制御部とを含むことを特徴とする。
【０００７】
さらに、前記技術的課題を達成するために、本発明に係る自動輝度調整方法は、輝度調整方法において、（ａ）表示画像の平均輝度値を演算する段階と、（ｂ）輝度レベルを複数の輝度領域に区分けし、前記段階（ａ）で演算された平均輝度値がどの輝度領域に含まれるかを判断する段階と、（ｃ）前記段階（ｂ）で判断された前記輝度領域が下位レベル領域に該当する場合は、前記輝度領域の値に応じて前記輝度レベルの増幅度を増加させ、前記輝度領域が上位レベル領域に該当する場合には、前記輝度領域の値に応じて前記輝度レベルの増幅度を減少させる段階とを含むことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【０００９】
図３に示されたように、本発明に係る自動輝度調整装置は、コントラスト調整部３１、明るさ調整部３２、ガンマ補正部３３、輝度演算部３４、輝度レベル領域判断部３５、自動輝度制御部３６及び加算器３７，３８を備える。
【００１０】
データ入力端子から入力された画像信号は、次の通り信号処理される。
【００１１】
すなわち、コントラスト調整部３１によりブラックレベル及びホワイトレベル間の差は、ユーザが設定したコントラスト係数C＿COEFFによって決定され、明るさ調整部３２により明るさを決定する基準レベル電圧は、ユーザが設定した明るさ係数B＿COEFFによって決定され、各々決定された係数に基づきコントラスト及び明るさを調整した後、ガンマ補正部３３により非線形的な光学特性を線形的に補正するガンマ補正の信号処理を行う。
【００１２】
以上のように信号処理された画像信号は輝度演算部３４に入力され、輝度演算部３４で画面全体またはユーザが任意に設定する範囲の１画像フィールド期間の画像信号輝度値を赤色（Ｒ），緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）に分けて加算積分する。積分された結果は各々R＿MEAN、G＿MEAN、B＿MEAN信号として輝度レベル領域判断部３５に入力される。また同時に、全白表示を行った時の最大輝度積分値MAX＿MEANも計算されて輝度レベル領域判断部３５に入力される。
【００１３】
輝度レベル領域判断部３５の構成の詳細を図４に示した。次に、図４に基づき、輝度レベル領域判断部３５の動作を詳細に説明する。輝度レベル領域判断部３５は、積分演算部４１、平均演算部４２、遅延バッファ４３、比較部４４、しきい値演算部４５及び加算器４６を備える。
【００１４】
積分演算部４１では、輝度演算部３４で演算されたR＿MEAN、G＿MEAN、B＿MEAN信号を入力して、次の式（１）によりＲ，Ｇ，Ｂ全体の平均輝度値TOTAL＿MEANを計算する。
【００１５】
TOTAL＿MEAN＝a×R＿MEAN＋b×G＿MEAN＋c×B＿MEAN （１）
（ここで、ａ，ｂ及びｃはユーザが任意に定める整数であり、その合計は１（すなわち、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である）。
【００１６】
式（１）により積分値の色バランスを調整した結果に該当する平均値であるTOTAL＿MEANが計算されて平均演算部４２に入力される。
【００１７】
平均演算部４２では、次のような単位時間中に平均演算を行う。すなわち、V＿SYNCをカウントし、任意に設定した単位画像フィールド当りTOTAL＿MEANの平均値Mfを求める。平均値Mfは、次の式（２）のように単純加算平均を計算しても良く、次の式（３）のように重み付け平均を計算しても良い。
【００１８】
【数３】

（ここで、ｎは、平均を取ろうとするフィールドの総数である。）
【００１９】
【数４】

（ここで、ｎは、平均を取ろうとするフィールドの総数である。）
そして、しきい値演算部４５では、画面全体またはユーザが任意に設定する範囲の画像の最大輝度積分値MAX＿MEANと、予め設定した４つのしきい値LIMIT1、LIMIT2、LIMIT3、LIMIT4とを積算し、平均演算部４２の出力値と比較するためのMEAN＿LIMIT1、MEAN＿LIMIT2、MEAN＿LIMIT3、MEAN＿LIMIT14を出力する。
【００２０】
比較部４４では、平均演算部４２の出力値と、しきい値演算部４５の出力値MEAN＿LIMIT1、MEAN＿LIMIT2、MEAN＿LIMIT3、MEAN＿LIMIT14との比較を行う。
【００２１】
本発明の一実施の形態では、図６に示されたように、４つの平均しきい値MEAN＿LIMIT1、MEAN＿LIMIT2、MEAN＿LIMIT3、MEAN＿LIMIT14により５つに分割された領域を各々、０からMEAN＿LIMIT1までをLEVEL＝A、MEAN＿LIMIT2からMEAN＿LINIT3までをLEVEL＝B、MEAN＿LIMIT4以上をLEVEL＝C、MEAN＿LIMIT1からMEAN＿LIMIT2まで、及びMEAN＿LIMIT3からMEAN＿LIMIT4までをLEVEL＿Dと区分けし、その結果をMEAN＿LEVEL信号として出力する。
【００２２】
ここで、LEVEL＝D輝度領域は緩衝領域であって、輝度領域の間における微細な変化による急激な輝度変化を防ぐ役割を果たす。
【００２３】
本発明の一実施の形態では輝度領域を５つに分割したが、本発明はこれに限定されることなく、それ以上またはそれ以下の数に輝度領域を分割しても良い。
【００２４】
次に、自動輝度制御部３６では、平均レベル領域判断部３５で判断された輝度領域情報MEAN＿LEVELに基づき図５のフローチャートのような制御動作を行う。
【００２５】
まず、段階５０１では、自動輝度制御をオフするスイッチ信号ＱＢ及び自動輝度調整の上限値及び下限値を設定して入力する。次に、段階５０２で輝度レベル領域判断部３５から出力されたMEAN＿LEVEL信号が自動輝度制御部３６に入力されれば、段階５０３でMEAN＿LEVEL＝A、B、C、Dの各々の経路に条件分岐される。
【００２６】
段階５０３の輝度領域判断の結果、MEAN＿LEVEL＝Aの時、すなわち画像の平均輝度が低い時には、段階５０４でコントラスト及び明るさの自動輝度調整ゲイン値ＡＰＬが０より大きいか否かを比較する。ＡＰＬが正の値を有する場合にはコントラスト調整部３１及び明るさ調整部３２で設定された増幅度を高めるように作用し、負の値を有する場合には増幅度を低めるように作用する。
【００２７】
段階５０４の比較の結果、ＡＰＬが０または正の値を有する場合には、段階５０５でＡＰＬが上限値UPPER LIMITを超えるか否かを判断する。段階５５０の判断の結果、UPPER LIMITを超える場合には、段階５０７でＡＰＬ値をUPPER LIMIT値に維持する。このことは、ＡＰＬの値を調整限界より大きくしないためである。
【００２８】
もし、段階５０５の判断の結果、ＡＰＬ値が上限値UPPER LIMITを超えていないか、それとも、段階５０４の判断の結果、ＡＰＬ値が負の値を有し、段階５０６の判断の結果、ＱＢというユーザにより設定されるスイッチがオンされていない場合には、段階５０８で画像のコントラストまたは明るさ、あるいはその両方のゲインを次の式（４）のようにインクリメントする。
【００２９】
APL＝APL＋VELO＿UP （４）
（ここで、VELO＿UPは、調整ゲイン値の増加分である。）
もし、段階５０６の判断の結果、ＱＢスイッチがオンされている場合には、段階５０９で迅速にＡＰＬの値を０にリセットする。
【００３０】
段階５０３の判断の結果、MEAN＿LEVEL＝Bの時、すなわち、画像があまりにも明るくもなく、あまりにも暗くもない適切な輝度である場合には、ＡＰＬの値を０に戻すように制御して元の画像の輝度値をそのまま表示する。
【００３１】
すなわち、段階５１０でＡＰＬ値が負の値を有するか否かを判断し、負の値を有する場合には段階５１２でＡＰＬ値をインクリメントして０に戻し、段階５１０の判断の結果、ＡＰＬ値が正の値を有する場合には、段階５１１でＡＰＬ値をデクリメントして０に戻す。
【００３２】
段階５０３の判断の結果、MEAN＿LEVEL＝Cの時、すなわち、画像の平均輝度が高く、且つ、あまりにも明るい時には、段階５１３でＡＰＬが０より大きいか否かを比較する。
【００３３】
段階５１３の比較の結果、ＡＰＬが負の値を有する場合には、段階５１４でＡＰＬが下限値LOWER LIMITを超えるか否かを判断する。段階５１４の判断の結果、ＡＰＬが下限値LOWER LIMITを超える場合には、段階５１６でＡＰＬ値を下限値LOWER LIMITに維持する。このことは、ＡＰＬの値を調整限界より大きくしないためである。
【００３４】
もし、段階５１４の判断の結果、ＡＰＬ値が下限値LOWER LIMITを超えていないか、それとも、段階５１５の判断の結果、ＡＰＬ値が０または正の値を有し、段階５１５の判断の結果、ＱＢスイッチがオンされていない場合には、段階５１７で画像のコントラストまたは明るさ、あるいはその両方のゲインを次の式（５）のようにデクリメントする。
【００３５】
APL＝APL−VELO＿DN （５）
（ここで、VELO＿DNは、調整ゲイン値の減少分である。）
もし、段階５１５の判断の結果、ＱＢスイッチがオンされている場合には、段階５１８で迅速にＡＰＬの値を０にリセットする。
【００３６】
最後に、段階５０３の判断の結果、MEAN＿LEVEL＝Dの時、すなわち、画像の平均輝度がMEAN＿LEVEL＝A及びMEAN＿LEVEL＝Bの間、またはMEAN＿LEVEL＝C及びMEAN＿LEVEL＝Dの間にある時には、中間緩衝領域として、ＡＰＬは現在の値を維持し続ける。このことは、領域間の近傍で微細な平均輝度の変化があった時、ゲイン調整が発散されたり、値が上下に激しく変わって画面上でちらついたりすることを防ぐためである。
【００３７】
このようにして自動輝度制御部３６で得られた自動輝度調整ゲイン値ＡＰＬは加算器３７，３８に印加され、ユーザが設定するコントラスト及び輝度の調整値と加算されて各々コントラスト調整部３１及び明るさ調整部３２に印加されることにより、輝度領域別に自動輝度調整を行うことができる。
【００３８】
自動輝度調整ゲインは、コントラスト及び輝度を同時に制御して各々駆動しても良い。例えば、画面の平均輝度が暗い場合にはコントラストだけのゲインを上げてコントラストをはっきりして見やすい画像とし、平均輝度が明るい場合には輝度だけのゲインを下げ、眩しさを抑えるなどの制御を行うことにより、全ての画像に対して最適の明るさを維持し、見やすい画像を表示することができる。
【００３９】
本発明の一実施の形態では、自動輝度調整レベルを５分割すると説明したが、より多くのレベルに分割して微細な制御を行っても良く、少ないレベルに分割して制御を簡素化しても良い。さらに、コントラスト及び輝度の代わりにガンマのゲインを調整する回路も容易に実現できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、表示画像の平均輝度を検出し、検出された平均輝度値に基づき予め設定された複数の輝度レベル領域別にコントラスト及び明るさを自動的に調整することにより、低い輝度の映像ではコントラスト及び明るさに関連する増幅度を高めて明るくして画像を見やすくし、逆に、高い輝度では増幅度を低めて眩しさを抑えて画像の明暗に関係なくユーザに適当な明るさの画像を提供できる効果があり、特に、複数のレベルに分割し、コントラスト及び輝度を領域別に制御して画像の急激な変化を防げる効果があるばかりではなく、領域間に緩衝領域を付加してゲイン調整が発散されて画面上でちらつく問題点を改善できる効果がある。
【００４１】
本発明は方法、装置、システム等として実行できる。ソフトウェアとして実行される時、本発明の構成手段は必然的に必要な作業を行うコードセグメントである。プログラムまたはコードセグメントはプロセッサー判読可能な媒体に貯蔵でき、あるいは、伝送媒体または通信網で搬送波と結合されたコンピュータデータ信号によって伝送できる。プロセッサー判読可能な媒体は情報が貯蔵または伝送可能ないかなる媒体も含む。プロセッサー判読可能な媒体の例としては、電子回路、半導体メモリ素子、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、ハードディスク、光繊維媒体、無線周波数（ＲＦ）網などがある。コンピュータデータ信号は、電子網チャンネル、光繊維、空気、電子系、ＲＦ網などの伝送媒体上に伝播可能ないかなる信号も含まれる。
【００４２】
添付された図に示されて説明された特定の実施形態を単に本発明の例として理解され、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明が属する技術分野において本発明に記述された技術的な思想の範囲でも様々な他の変形が発生可能であるため、本発明は開示されたり記述された特定の構成及び配列に制限されないということは自明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】デジタルディスプレイ装置の時分割表示方式による輝度低下問題を説明するための図である。
【図２】アナログディスプレイ装置の電気光学特性を示すものである。
【図３】本発明に係る自動輝度調整装置の構成図である。
【図４】図３に示された輝度レベル領域判断部の詳細構成図である。
【図５】本発明に係る自動輝度調整方法のフローチャートである。
【図６】本発明の一実施の形態により設定された複数の輝度領域を示す図である。
【符号の説明】
３１コントラスト調整部
３２明るさ調整部
３３ガンマ補正部
３４輝度演算部
３５輝度レベル領域判断部
３６自動輝度制御部
３７、３８、４６加算器
４１積分演算部
４２平均演算部
４３遅延バッファ
４４比較部
４５しきい値演算部

Claims

信号処理装置において、
表示画像の平均輝度値及び最大輝度値を演算するための輝度演算部と、
前記最大輝度値を適用して輝度レベルを複数の輝度領域に区分けし、前記演算された平均輝度値が前記複数の輝度領域のうちどの輝度領域に対応するかを判断するための輝度レベル領域判断部と、
前記輝度レベル領域判断部で判断された前記輝度領域が下位レベル領域に該当する場合は、前記輝度領域の値に応じて前記輝度レベルの増幅度を増加させ、前記輝度領域が上位レベル領域に該当する場合には、前記輝度領域の値に応じて前記輝度レベルの増幅度を減少させるように制御する自動輝度制御部とを含むことを特徴とする自動輝度調整装置。
前記複数の輝度領域の間に緩衝領域を設定し、前記緩衝領域に前記平均輝度値が存在する場合には現在の輝度レベルに関連する増幅度をそのまま維持するように制御することを特徴とする請求項１に記載の自動輝度調整装置。
前記輝度演算部は、１フィールド単位に画像信号の輝度値を
Ｒ，Ｇ及びＢ信号に分けて積分演算したＲ，Ｇ，Ｂ平均輝度値R＿MEAN、G＿MEAN、B＿MEANを生成し、全白表示した時に積分演算して最大輝度値を生成することを特徴とする請求項１に記載の自動輝度調整装置。
前記輝度レベル領域判断部は、
前記平均輝度値R＿MEAN、G＿MEAN、B＿MEANを入力し、フィールド単位に色バランスを考慮したＲ，Ｇ，Ｂ全体の平均輝度値TOTAL＿MEANを演算する積分演算部と、
所定の複数フィールドに関する前記Ｒ，Ｇ，Ｂ全体の平均輝度値TOTAL＿MEANのフィールド平均輝度値Mfを演算する平均演算部と、
前記最大輝度値を入力し、前記最大輝度レベルを最上位レベル領域の上限値として決定し、ゼロレベル及び最大輝度値の間に所定の個数で輝度領域を分割するしきい値を演算するためのしきい値演算部と、
前記平均フィールド輝度値Mfとしきい値とを比較して前記平均フィールド輝度値が存在する輝度領域を判定するための比較部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の自動輝度調整装置。
前記積分演算部は、次の式
TOTAL＿MEAN＝a×R＿MEAN＋b×G＿MEAN＋c×B＿MEAN
（ここで、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）
によって前記Ｒ，Ｇ，Ｂ全体の平均輝度値TOTAL＿MEANを演算することを特徴とする請求項４に記載の自動輝度調整装置。
前記フィールド平均演算部は、次の式

（ここで、ｎは平均を取ろうとするフィールドの総数である。）によってフィールド平均輝度値ｆを演算することを特徴とする請求項４に記載の自動輝度調整装置。
前記フィールド平均演算部Mfは、次の式、

（ここで、ｎは平均を取ろうとするフィールドの総数である。）によって演算されることを特徴とする請求項４に記載の自動輝度調整装置。
前記輝度レベルに関連する増幅度は、明るさ及びコントラストの増幅度であることを特徴とする請求項１に記載の自動輝度調整装置。
輝度調整方法において、
（ａ）表示画像の平均輝度値を演算する段階と、
（ｂ）輝度レベルを複数の輝度領域に区分けし、前記段階（ａ）で演算された平均輝度値がどの輝度領域に含まれるかを判断する段階と、
（ｃ）前記段階（ｂ）で判断された前記輝度領域が下位レベル領域に該当する場合は、前記輝度領域の値に応じて前記輝度レベルの増幅度を増加させ、前記輝度領域が上位レベル領域に該当する場合には、前記輝度領域の値に応じて前記輝度レベルの増幅度を減少させる段階とを含むことを特徴とする自動輝度調整方法。
前記複数の輝度領域の間に緩衝領域を設定し、前記緩衝領域に前記平均輝度値が存在する場合には現在の輝度レベルに関連する増幅度をそのまま維持するように制御することを特徴とする請求項９に記載の自動輝度調整方法。
前記輝度レベルに関連する増幅度は、明るさ及びコントラストの増幅度であることを特徴とする請求項９に記載の自動輝度調整方法。