JP4479709B2 - 画像表示装置、画像表示方法、画像表示プログラム、及び画像表示プログラムを記録した記録媒体、並びに電子機器 - Google Patents
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Description
以下、本発明を具体化した第1実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、第1実施形態における画像表示装置のハードウェア構成を示す図である。図1に示すように、画像表示装置1は、入力インターフェイス(以下、「入力I/F」と呼ぶ。)10、CPU11、ROM12、RAM13、ハードディスク(以下、「HD」と呼ぶ。)14、画像処理エンジン15、CD−ROMドライブ16、表示インターフェイス(以下、「表示I/F」と呼ぶ。)17、および電源I/F18を備えている。これらの構成はバス19を介して相互に接続されている。また、表示I/F17には表示パネル30が、電源I/F18には、電力供給装置31が接続されている。なお、画像表示装置1の具体的な例としては、表示パネル30により画像を表示することができるノート型コンピュータ、プロジェクタ、テレビ、携帯電話などを想定している。また、画像処理エンジン15はメインバス上でなく、画像入力(CPUによるI/Oや、通信・外部装置からのDMAなど)から画像出力の間の専用バス上に配置しても良い。
図2は、第1実施形態による画像処理エンジンの構成を示した図である。図2に示すように、画像処理エンジン15は、主に、フレーム画像取得部40と、色変換部41と、フレームメモリ42と、レベル補正部43と、明るさ補正部44と、画像表示信号生成部45と、明るさ補正係数(F(Y))保持部46と、光源制御部48と、画質維持率(Rlim)設定部70と、彩度補正部80と、彩度補正係数(Fc(C))保持部81と、を備えている。
Cb=−0.1684R−0.3316G+0.5000B 式(2)
Cr=0.5000R−0.4187G−0.0813B 式(3)
なお、色変換部41は、式(1)〜式(3)の変換結果をRGBの各階調(0〜255)ごとに表した色変換テーブルを格納して色変換テーブルに基づいて256階調(8ビット)で表す階調値に変換してもよい。
式(4)にしたがってフレーム画像の画像データの階調範囲を拡大することにより、フレーム画像のコントラストを高めることができる。
式(5)において、「Y」はレベル補正した輝度値、「G3」は所定の輝度値における明るさ補正の補正量(以下、「明るさ補正量」と呼ぶ。)であり、「F(Y)」は補正量G3を基準として、各輝度値Yにおいて補正すべき値の比率を示す明るさ補正係数である。以下、式(5)に示す補正曲線を決定する方法、すなわち明るさ補正係数F(Y)および明るさ補正量G3を決定する方法について順に説明する。
式(6)において、「Ga」は明るさ補正強度係数であり0以上の所定の値であり、「Yth」は明るさ基準(言い換えると、基準階調値)である。式(6)より、明るさ補正量G3は、明るさ基準Ythから輝度の平均値Yaveを引いた値に比例するので、輝度値Yを明るさ補正量G3の方向に補正すれば輝度値Yを明るさ基準Ythに近づけるように補正するので、画像データの輝度値の偏りを小さくすることができる。なお、明るさ補正強度係数Gaの値、及び明るさ基準Ythについては、予め定められた定数としてもよいし、ユーザが設定するものとしてもよい。または画像データの種別に合わせて決定するものとしてもよい。
ここで、補正量G4は、強化した明るさ補正した輝度値Zの平均値と調光率αとの積が、輝度値Y”の平均値と等しくなるように決定する(以下では、「補正量G4」を「明るさ補正強化補正量G4」と呼ぶ)。即ち、以下の式(8)を満たすように、明るさ補正強化補正量G4を決定する。
式(8)は、輝度値Y”に基づく画像を表示する輝度と、調光したときに輝度値Zに基づく画像を表示する輝度とを視覚上等しくすることを意味している。ここで、式(8)の右辺、及び左辺は次式のように表すことができる。
=(ΣF(Y)×G3+ΣY)/N 式(9)
Z’ave=ΣZ’/N
=(ΣF(Y)×G4+ΣY)/N 式(10)
式(8)〜式(10)により、明るさ補正強化補正量G4を表す次式を得ることができる。
ここで、式(11)に示す明るさ補正強化補正量G4は、輝度値Y”ではなく、明るさ補正量G3の関数となっているので、明るさ補正部44は、実際には式(5)による演算を行うことなく、明るさ補正量G3に基づいて明るさ補正強化補正量G4を演算することができる。こうして求めた明るさ補正強化補正量G4を用いて、輝度値の偏りを補正した上で調光による輝度変化を減少させる強化した明るさ補正を行うことができる。
=255−(F(Yave)×G3+Yave) 式(12)
L2=α×255−α×Z’(Yave)
=α×(255−(F(Yave)G4+Yave)) 式(13)
このとき、式(12)および式(13)より、コントラスト維持率Rを表す式、およびコントラスト維持率RをRlim(後述する画質維持率設定部70によって設定される)に制限したときに成り立つ式は次式のように求まる。
=α×(255−(F(Yave)G4+Yave))
/(255−(F(Yave)×G3+Yave)) 式(14)
Rlim=αlim×(255−(F(Yave)G4lim+Yave))
/(255−(F(Yave)×G3+Yave)) 式(15)
式(15)中の「αlim」は限界調光率を示し、「G4lim」は限界補正量を示す。ここで、限界調光率αlimは次式で表すことができる。
/(ΣF(Y)×G4lim+ΣY) 式(16)
また、式(8)の条件の元、式(9)、式(10)および式(15)より、限界補正量G4limは、以下の式(17)のように求めることができる。
一方、画質維持率設定部70は、CPU11によるレジスタ書込み等により、Rlim(コントラスト低下制限値に対応する値)を画像表示前にあらかじめ設定する。例えば、画質維持率設定部70は、画像表示装置1に備わるバッテリなどに残存する電力蓄積量を参照して、画像表示装置1が所定の目標駆動時間を駆動していることができる値を推定することによってRlimを設定することとする。もっとも、Rlimの設定方法はこれに限られることなく、画像表示装置1が、外部電力による駆動から、バッテリに蓄積した電力によるバッテリ駆動に切り替わったときなどに、消費電力を抑える省電力モードへの切り替えに連動して、Rlimを所定の値に切り替えるようにしてもよい。また、表示パネル30に節電設定用の画面を表示するなどして、ユーザがRlimを任意に設定するようにしてもよい。急激な調光、画質の変化を防ぐために、フレーム毎に徐々に切り替えていってもよい。
Cr=Fc(cr)×Gc+cr 式(20)
ここで、「cb、cr」は色変換部40による色変換後の色差、「Gc」は所定の彩度における補正の補正量(以下では、「彩度補正量」と呼ぶ。)であり、「Fc(C)」は補正量Gcを基準として、各色差値において補正すべき値の比率を示す補正係数(以下では、「彩度補正係数」と呼ぶ。)である。以下、式(19)及び式(20)に示す補正曲線を決定する方法、すなわち彩度補正係数Fc(C)および彩度補正量Gcを決定する方法について順番に説明する。
ここで、「Gs」は彩度補正強度係数であり0以上の所定の値、「sth」は彩度基準(基準彩度値)であり、「save」は平均彩度である。この場合、彩度sは、「s=(|cb|+|cr|)/2」で表される。彩度補正強度係数Gsの値および彩度基準sthについては、予め定められた定数としてもよいし、ユーザが設定するものとしてもよい。または画像データの種別に合わせて決定するものとしてもよい。
Cr’(cr)=Fc(cr)×Gc1+cr 式(23)
式(22)及び式(23)において、「Gc1」は彩度補正強化補正量を示している。本実施形態では、彩度補正強化補正量Gc1は、強化した彩度補正した色差Cb’Cr’から求めた彩度S’の平均値と調光率αとの積が、通常の彩度補正した色差CbCrから求めた彩度Sの平均値と等しくなるように決定する。つまり、以下に示す式(24)が成立するように、彩度補正強化補正量Gc1を求める。
式(24)は、色差CbCrに基づく画像を表示する彩度と、調光したときに色差Cb’Cr’に基づく画像を表示する彩度とを視覚上等しくすることを意味している。なお、調光率αは明るさ補正部44により最終的に決定された値を用いるものとする。ここで、式(24)の右辺、左辺は次式のように表すことができる。
=(Σ|Fc(cb)|×Gc+Σ|cb|
+Σ|Fc(cr)|×Gc+Σ|cr|)/N 式(25)
S’ave=ΣS’/N
=(Σ|Fc(cb)|×Gc1+Σ|cb|
+Σ|Fc(cr)|×Gc1+Σ|cr|)/N 式(26)
式(24)〜式(26)より、彩度補正強化補正量Gc1を表す次式を得ることができる。
/{α(Σ|Fc(cb)|+Σ|Fc(cr)|)} 式(27)
ここで、式(27)に示す彩度補正強化補正量Gc1は、彩度値Sではなく、彩度補正量Gcの関数となっているので、彩度補正部80は、実際には式(19)、式(20)による演算を行うことなく、彩度補正量Gcから彩度補正強化補正量Gc1を演算することができる。こうして、求めた彩度補正強化補正量Gc1用いて、彩度値の偏りを補正した上で調光による彩度変化を減少させる強化した彩度補正を行うことができる。このように、彩度補正部80は、本発明における画像補正手段として機能する。
例えば、ガンマ係数γは“2.2”などの値であり、式(28)により人間の視覚特性を考慮した調光率αから、実際にバックライト32を調光する光量比を示す光源の調光率Kを得ることができる。また、調光率αが“1”であれば、バックライト32の調光率Kが“1”となるので、バックライト32は最大の光量を発することになる。
例えば、人間が視覚上感じる輝度を15%低減させるために調光率αを“0.85”に設定すると、ガンマ係数γが“2.2”であることから、式(28)より光源の調光率Kは“0.7”となる。式(29)より調光したときの輝度Lを調光しないときの輝度LU0に比べて30%低減すればよいことになるので、バックライト32に供給する電力を低減することができる。光源制御部48は、式(28)にしたがって調光率αより光源の調光率Kを算出して、光源の調光率Kに従ってバックライト32へ供給する電力を制御する旨の制御信号を電力供給装置31に送信することにより調光を行っている。
G=Y’−0.3441Cb’−0.7139Cr’ 式(31)
B=Y’+1.7718Cb’−0.0012Cr’ 式(32)
また、画像表示信号生成部45は、光源制御部48が光源を制御するタイミングと同期を取りながら、生成した画像表示信号を表示パネル30に送信している。そして、表示パネル30は、受信した画像表示信号に基づいて、バックライト32が発する光を変調して画素ごとに透過量を制御することにより画像を表示する。
次に、上記した彩度補正部80が行う彩度補正処理について、図8を用いて説明する。図8は、彩度補正部80によって実行される彩度補正処理を示すフローチャートである。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、前述した彩度補正を行うと共に、画像データの輝度及び色差に従って光源光量を決定する処理を行う点で、第1実施形態と異なる。このような処理を行う理由は以下の通りである。前述した明るさ補正によって、減光しても表示画像における平均輝度を保つことができるが、赤(R)や青(B)の彩度の高い画像において著しい彩度低下が生じる場合がある。これは、赤や青は彩度が高いが、輝度の値で見ると小さいので、減光し過ぎるために生じるものと考えられる。具体的に、図10を用いて説明する。図10は、RGBCMY(64,128,192,255)における(「C」はシアンを示し、「M」はマゼンダを示し、「Y」は黄色を示す)、輝度Yと色差Cb、Crとの関係を示す図である。図10(a)より、青の原色は輝度Yが小さくても色差Cbが大きいことがわかり、図10(b)より、赤の原色は輝度Yが小さくても色差Crが大きいことがわかる。したがって、第2実施形態では、このような高彩度な赤及び青に対しては、輝度ではなく彩度(色差)に基づいて、光源光量を決定する。
図11に、第2実施形態による画像処理エンジンの構成を示す。第2実施形態による画像処理エンジン16も、前述した画像表示装置1(図1)参照に適用される。第2実施形態による画像処理エンジン16は、調光基準値算出部90を有する点で、第1実施形態による画像処理エンジン15と構成が異なる。なお、第1実施形態による画像処理エンジン15と同一の構成要素に対しては、同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
式(35)から明らかなように、調光基準値演算部92は、平均輝度Yave、色差cbの平均値の2倍(2|cb|ave)、及び色差crの平均値の2倍(2|cr|ave)のうちの最大値を、調光基準値Waveとして決定する。
/(255−(F(Wave)×G3+Wave)) 式(36)
式(16)及び式(36)から、限界補正量G4lim’は、以下の式(37)によって求めることができる。
次に、調光基準値Waveに基づいて限界補正量G4lim’などを求める際に行われる処理について、図12を用いて説明する。図12は、主に明るさ補正部44及び調光基準値算出部90によって実行される処理を示すフローチャートである。
この場合、式(38)から明らかなように、調光基準値演算部92は、平均輝度Yave、及び色差cbと色差crとの平均により定義される彩度の平均値Saveの2倍、のうちの最大値を、調光基準値Wave’として決定する。なお、式(38)を用いた場合には色差cb、crの情報が平均化されてしまうため、この式(38)を用いて調光基準値Wave’を算出するよりも、前述した式(35)を用いて調光基準値Waveを算出するほうが、精度は良いと言える。式(35)では、色差cb、crの情報を平均化せずに、“2|cr|”及び“2|cb|”を用いて調光基準値Waveを決定しているからである。
以上で示した演算は、基本的には、動画のフレーム間に回路で行うことを想定しているが、ソフトウェア処理によって演算を行っても良い。例えば、画像処理エンジン15、16の各構成がもつ機能は、CPU(コンピュータ)11に実行させる画像表示プログラムにより実現することができる。なお、画像表示プログラムは、予めハードディスク14やROM12に格納されていることとしてもよいし、またはCD−ROM22などのコンピュータが読み取り可能な記録媒体によって外部から供給され、CD−ROMドライブ16が読み取った画像表示プログラムをハードディスク14に格納するものとしてもよい。また、インターネットなどのネットワーク手段を介して、画像表示プログラムを供給するサーバー等にアクセスし、データをダウンロードすることによってハードディスク14に格納するものとしてもよい。
次に、上述した実施形態に係る画像表示装置1を適用可能な電子機器の具体例について図14を参照して説明する。
Claims (12)
- 画素ごとに有する階調値により画像を表す画像データを補正する処理を行うと共に、光源から発光される光源光量を制御する処理を行う画像表示装置であって、
前記光源光量を決定し、当該光源光量を制御する光源光量制御手段と、
前記光源光量制御手段によって前記光源光量を変化させたことに起因する人間の視覚上における輝度の変化を減少させるように、前記画像データが有する輝度に対応する信号に対する補正を行うと共に、前記光源光量制御手段によって前記光源光量を変化させたことに起因する人間の視覚上における彩度の変化を減少させるように、前記輝度に対応する信号に対する補正結果に基づいて、前記画像データが有する色差に対応する信号に対して補正を行う画像補正手段と、を備えることを特徴とする画像表示装置。 - 前記画像補正手段は、前記光源光量制御手段による前記光源光量を変化させるための制御を行った場合に、前記視覚上における彩度の空間的な平均値の変化が減少されるように、前記色差に対応する信号に対する補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記画像補正手段は、前記光源光量を変化させたことに起因する人間の視覚上における彩度の変化を減少させるための前記色差に対応する信号に対する補正及び前記光源光量制御手段による前記光源光量を変化させるための制御を行った後の、1フレーム中の画像データにおける視覚上の彩度の平均値と、前記光源光量を変化させたことに起因する人間の視覚上における彩度の変化を減少させるための前記色差に対応する信号に対する補正を行う前の画像データに対して所定の彩度基準に近づけるように補正した後の、1フレーム中の画像データにおける視覚上の彩度の平均値と、が概ね等しくなるように、前記色差に対応する信号に対する補正を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像表示装置。
- 前記光源光量制御手段は、前記画像データの輝度及び彩度に基づいて、前記光源光量を決定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の画像表示装置。
- 前記光源光量制御手段は、比較可能なように同一スケールにて定義した、前記輝度によって規定される値及び前記彩度によって規定される値を用い、前記輝度によって規定される値及び前記彩度によって規定される値のうちの大きいほうの値に基づいて、前記光源光量を決定することを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
- 前記輝度によって規定される値は、1フレーム中の画像データにおける前記輝度の平均値であり、
前記彩度によって規定される値は、前記1フレーム中の画像データにおいて、青−黄色の軸によって規定される色差の平均値の2倍、及び赤−緑の軸によって規定される色差の平均値の2倍であり、
前記光源光量制御手段は、前記輝度の平均値、前記青−黄色の軸によって規定される色差の平均値の2倍、及び前記赤−緑の軸によって規定される色差の平均値の2倍、のうちの最大値に基づいて、前記光源光量を決定することを特徴とする請求項5に記載の画像表示装置。 - 前記輝度によって規定される値は、1フレーム中の画像データにおける前記輝度の平均値であり、
前記彩度によって規定される値は、前記1フレーム中の画像データにおいて、青−黄色の軸によって規定される色差と赤−緑の軸によって規定される色差との平均により定義される彩度の平均値の2倍であり、
前記光源光量制御手段は、前記輝度の平均値、及び前記彩度の平均値の2倍、のうちの最大値に基づいて、前記光源光量を決定することを特徴とする請求項5に記載の画像表示装置。 - 前記画像補正手段は、前記前記光源光量制御手段によって決定された前記光源光量に基づいて、前記色差に対応する信号に対する補正を行うことを特徴とする請求項4乃至7のいずれか一項に記載の画像表示装置。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の画像表示装置と、
前記画像表示装置に電圧を供給する電源装置と、を備えることを特徴とする電子機器。 - 画素ごとに有する階調値により画像を表す画像データを補正する処理を行うと共に、光源から発光される光源光量を制御する処理を行う画像表示方法であって、
前記光源光量を決定し、当該光源光量を制御する光源光量制御工程と、
前記光源光量制御工程によって前記光源光量を変化させたことに起因する人間の視覚上における輝度の変化を減少させるように、前記画像データが有する輝度に対応する信号に対する補正を行うと共に、前記光源光量制御工程によって前記光源光量を変化させたことに起因する人間の視覚上における彩度の変化を減少させるように、前記輝度に対応する信号に対する補正結果に基づいて、前記画像データが有する色差に対応する信号に対して補正を行う画像補正工程と、を備えることを特徴とする画像表示方法。 - 画素ごとに有する階調値により画像を表す画像データを補正する処理、及び光源から発光される光源光量を制御する処理を行うための画像表示プログラムであって、
コンピュータを、
前記光源光量を決定し、当該光源光量を制御する光源光量制御手段、
前記光源光量制御手段によって前記光源光量を変化させたことに起因する人間の視覚上における輝度の変化を減少させるように、前記画像データが有する輝度に対応する信号に対する補正を行うと共に、前記光源光量制御手段によって前記光源光量を変化させたことに起因する人間の視覚上における彩度の変化を減少させるように、前記輝度に対応する信号に対する補正結果に基づいて、前記画像データが有する色差に対応する信号に対して補正を行う画像補正手段、として機能させることを特徴とする画像表示プログラム。 - 請求項11に記載の画像表示プログラムを記録した、コンピュータ読取り可能な記録媒体。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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