JP4841334B2

JP4841334B2 - 映像表示装置及び映像表示方法

Info

Publication number: JP4841334B2
Application number: JP2006182295A
Authority: JP
Inventors: 謙一岩内
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP2008009324A

Description

本発明は、フィールド順次駆動方式を利用する映像表示装置及び映像表示方法に関する。

フィールド順次駆動方式の画像表示装置に赤と緑と青の光源を用い、これら光源を順次点灯することでカラー画像を表示する方法で、さらに電力消費を減少させる方法が、例えば特許文献１に開示されている。この方式では、バックライトの点灯時間を必要最小限に設定し、１フィールド内の最大輝度を表示する画素に対応した液晶の透過率を最大とするように制御している。具体的には、例えば赤色では、ある１枚のカラー画像を構成する複数の画素において、赤色の透過率が最大である画素に対する輝度信号を１００％としてバックライトを階調制御している。例えば、その画像における赤色の透過率が最大である画素の透過率が５０％である場合には、この５０％を与える輝度信号を１００％としてバックライトを階調制御するので、赤色のバックライトの点灯時間は従来の画素描画時間の５０％となり、結果として同じ輝度を示しながらも電力消費を減少させている。
特開２０００−２１４８２７号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、ある１枚のカラー画像の赤の画像で、透過率が最大である画素の透過率が、その画素で再現できる最大値、つまり１００％に近い画像を含む場合は、画素の透過率もバックライトの点灯時間も通常通りの動きになってしまう。例えば、白の映像信号が入ってきた場合、白の映像信号は赤の１００％、緑の１００％、青の１００％からなるため、例えば赤の画像としては１００％の画素の透過率となり、電力消費の減少という効果はなくなってしまった。また、白画像が入ってきた場合、ダイナミックレンジを増大させる効果はなかった。

本発明は、上述した課題を解決するために、以下の技術手段を備えている。
第１の技術手段は、フィールド順次駆動方式を利用する映像表示装置において、異なる発光色を呈する複数の光源と、前記複数の光源からの光を変調する光変調素子と、複数の基本色を含む入力映像信号から所定レベルの共通成分信号を抽出する共通成分信号抽出部と、階調伸張部と、前記階調伸張部による階調伸張に応じて明るさのバランスを補正する光源補正部とを有し、前記共通成分信号抽出部により抽出された残りの映像信号のうち少なくとも一つの基本色信号は前記階調伸張部で伸張され、該伸張された基本色信号は、前記複数の光源によるそれぞれの発光に対応する期間で表示し、前記共通成分信号抽出部により抽出された共通成分信号は、前記複数の光源を同時に発光させる期間で表示するようにし、前記入力映像信号から抽出する前記共通成分信号の信号レベルは、該入力映像信号における各基本色信号の信号レベルの中の最小値に基づいて決定し、前記基本色信号を伸張する割合は、前記抽出する共通成分信号の信号レベルに基づいて決定することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記共通成分信号を表示せずに前記基本色信号を表示する場合に比べて、前記共通成分信号を表示する時間の分だけ低下する輝度に対し、輝度補正する輝度補正部をさらに備えることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記輝度補正部は、各光源の発光量を上げることにより輝度補正を行うことを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第２の技術手段において、前記輝度補正部は、各映像信号レベルを上げることにより輝度補正を行うことを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１から４の何れかの技術手段において、前記基本色信号は赤成分信号、緑成分信号および青成分信号であり、前記共通成分信号は白成分信号であることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１から５の何れかの技術手段において、前記複数の光源は半導体発光素子であることを特徴としたものである。

第７の技術手段は、異なる発光色を呈する複数の光源を順次駆動し、前記光源からの光を入力映像信号で変調して映像信号を表示する映像表示方法において、複数の基本色信号を含む入力映像信号から所定レベルの共通成分信号を抽出するステップと、前記抽出された残りの映像信号のうち少なくとも一つの基本色信号を伸張するステップと、前記少なくとも１つの基本色信号の伸張に応じて明るさのバランスを補正するステップと、前記伸張した基本色信号を、前記複数の光源によるそれぞれの発光に対応する期間で表示するステップと、前記抽出した共通成分信号の映像信号を前記複数の光源を同時に発光させる期間で表示するステップと、を有し、前記入力映像信号から抽出する前記共通成分信号の信号レベルは、該入力映像信号における各基本色信号の信号レベルの中の最小値に基づいて決定し、前記基本色信号を伸張する割合は、前記抽出する共通成分信号の信号レベルに基づいて決定することを特徴としたものである。

本発明によれば、各基本色信号のダイナミックレンジを拡大して階調制御を行うことができるので、表示画像の明るさを維持しつつ、原色の階調表現を向上させることが可能なとなる。また、各映像信号の伸張に応じて輝度補正や光源補正を行うことにより、明るさのバランスも維持することが可能となる。
また、入力映像信号から抽出する共通成分信号レベルは、入力映像信号における各基本色信号レベルの中の最小値に基づいて決定されるので、共通成分信号レベルを大きくとることができ、ダイナミックレンジの拡大を大きくすることが可能となる。
また、基本色信号を伸張する割合は、抽出する共通成分信号レベルに基づいて決定されるので、ダイナミックレンジの拡大を最大限に適用することが可能となる。
また、共通成分信号を表示する時間の分だけ低下する輝度に対して輝度補正するので、輝度の変化が少なくなる。
また、階調伸張部による階調伸張に応じて明るさのバランスを補正することにより、明るさのバランスを保つことが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。
図１に本発明の映像信号の処理の流れを示す。詳細は後述するが、映像信号の大まかな処理は以下のようになる。入力された映像信号Ｖ１は、共通成分信号抽出部１により共通成分信号Ｖ２が抽出される。映像信号Ｖ１から共通成分信号Ｖ２を差し引いた基本色信号Ｖ３は、赤成分信号Ｖ３ｒと緑成分信号Ｖ３ｇと青成分信号Ｖ３ｂとに分けられる。これら共通成分信号Ｖ２と基本色信号Ｖ３とは輝度補正部２で輝度補正され、そのうちの少なくとも一部の信号は階調伸張部３で伸張され、階調補正された映像信号Ｖ４として出力される。なお、必要に応じ、光源補正部４で補正された光源の強度で表示される。

次に、本発明による入力映像信号処理について、図２から図４に基づいて詳細に説明する。図２の（ａ）はある画像の映像信号を模式的に示したもので、横軸は映像を表示する任意の点を示し、縦軸はその任意の点での映像信号レベルを示している。例えば、図２（ａ）のＡは画面上のある点に表示される映像信号で、さらにその映像信号はｒで表した赤成分信号とｇで表した緑成分信号とｂで表した青成分信号とで表現できる。この例で映像信号の強度の最大値を１とするならば、Ａという映像信号は赤成分信号が３／４、緑成分信号が２／４、青成分信号が１／４ということを表している。またＢやＣやＤについても同様で、赤成分信号と緑成分信号と青成分信号からなり、Ａとは異なるある点の映像信号を示している。このように、例えば赤成分信号と緑成分信号と青成分信号とに分解できる各点での信号が図１における映像信号Ｖ１に相当する。

上記図２（ａ）を共通成分信号と基本色信号とに分けたのがそれぞれ図２（ｂ）と図２（ｃ）である。図２（ｂ）は（ａ）の各点での赤成分信号と緑成分信号と青成分信号とで共通の値を抽出したもので、図１における共通成分信号抽出部１により抽出された共通成分信号Ｖ２に相当する。例えば、Ａ〜Ｃの各点で共通成分信号として１／４の値を、またＤ点では２／４の値を抽出している。これによりＡでの赤成分信号は３／４が２／４に、緑成分信号は２／４が１／４に、青成分信号は１／４が０／４つまり０になっており、この抽出した残りの信号は図１における基本色信号Ｖ３に相当する。これを図２（ｃ）に示す。Ｂ〜Ｄでの各信号も同様に共通成分信号とその残りの信号である基本色信号に分解する。Ｂにおいては共通成分信号として２／４の値を抽出することも可能であるが、ここでは一例として１／４を抽出しており、この抽出する値は赤・緑・青の各成分信号の最小値より小さければ構わない。Ｄも同様の理由によりここでは一例として２／４を抽出している。

上記映像信号をフィールド順次駆動方式で表示する場合の概念図を図３に示す。図３（ａ）は本発明を適用しない場合のシーケンスで、赤・緑・青の発光を順次行いそれに併せて基本色信号の各成分を表示している様子を表している。基本色信号の赤成分信号を表示した際に赤の発光を行い、緑成分信号を表示した際に緑の発光を行い、青成分信号を表示した際に青の発光を行い、これを短い時間で繰り返し行うことで時間的な加法混色を行い、カラー画像表示を得る。

図３（ｂ）に共通成分信号抽出部により共通成分信号を抽出した場合のシーケンスを示す。図２の（ｂ）と（ｃ）で示したように、共通成分信号と基本色信号に分解したものを、赤・緑・青の発光を順次行うとともに、それら発光を同時に行った白発光もさらに行う。それにより、基本色信号の赤成分信号を表示した際に赤の発光を行い、緑成分信号を表示した際に緑の発光を行い、青成分信号を表示した際に青の発光を行い、さらに共通成分信号を表示したときに赤・緑・青の発光を同時に行い、これを短い時間で繰り返し行うことで時間的な加法混色を行い、カラー画像表示を得る。

しかし、映像信号は例えば６０Ｈｚの周期で構成されているため、上記シーケンスは１／６０秒で完了する必要がある。つまり、図３（ａ）で示したシーケンスでは一つの基本色を１／６０秒のさらに１／３の時間で完了する必要がある。図３（ｂ）で示したシーケンスでは基本色を１／６０秒のさらに１／４の時間で完了する必要がある。ここでの１／３や１／４は概念を分かりやすく説明するためこのような値を用いたが、実際にはホワイトバランスを考慮し各色で異なる値になる。しかし、共通成分信号を抽出した４つの成分でのシーケンスにおける各基本色信号および共通成分信号の発光時間は、共通成分信号を用いない３つの成分でのシーケンスにおける各基本色信号の発光時間と比較して短くなり、それは上記１／３の時間が１／４の時間に短くなってしまうことで理解できる。

例えばＤの明るさを考えたとき、明るさは（表示輝度）×（発光量）×（時間）で表現できるが、図３（ａ）での赤成分信号は１の表示をし、発光量がそれぞれ等しい赤・緑・青の発光のうち赤だけを発光し、１／３の期間表示するので、明るさは１×（１／３）×（１／３）＝１／９となる。同様に緑も１／９となり、青も１／９となり、加法混色した白色としてはこれら合計の１／３となる。図３（ｂ）では、赤では（２／４）×（１／３）×（１／４）＝２／４８となり、同様に緑も２／４８となり、青も２／４８となる。共通成分信号の白色表示では（２／４）×１×（１／４）＝２／１６となり、加法混色した白色としてはこれら合計の１／４となる。つまり、赤の発光、緑の発光、青の発光を行う場合は各基本色信号の発光時間はそれぞれ１／３であったが、赤の発光、緑の発光、青の発光に加えて白の発光を行う場合は各基本色信号および共通成分信号の発光時間はそれぞれ１／４に短くなる。これに伴い、明るさも１／３が１／４になっている。

そこで、明るさが暗くならない手段としては二つあり、一つは発光する発光量を上げることで、上記例では発光量を４／３倍することで、１／４の明るさが１／３となり、同等の明るさになる。もう一つの方法として、図４（ａ）に示すように、各映像信号の強度を上げる方法がある。具体的には、全ての映像信号に対し４／３倍し、例えば赤成分信号は２／４から２／３に、緑成分信号は２／４から２／３に、青成分信号は２／４から２／３に、さらに共通成分信号は２／４から２／３にしている。このときの明るさは、赤では（２／３）×（１／３）×（１／４）＝２／３６となり、同様に緑も２／３６となり、青も２／３６となる。共通成分信号の白色表示では（２／３）×１×（１／４）＝２／１２となり、加法混色した白色としてはこれら合計の１／３となり、明るさは元の明るさ１／３と同等になる。このように輝度を補正する場合、図１に示す輝度補正部１０９により適正な輝度に補正を行う。

ところで、図３（ａ）では例えばＤの映像信号は最大値の１となっており、元々の階調数が例えば２５６階調であれば当然それ以上の階調は表示できないが、共通成分信号を抜き出すことにより図４（ａ）ではＤの映像信号は最大値の１に対し２／３となっているため、映像信号を伸張することによりダイナミックレンジの拡大が可能になる。例えば、赤成分信号や青成分信号では何れの映像信号でも最大値の１になっていないため、この赤成分信号や青成分信号全体を伸張し、図４（ｂ）に示すように、例えば３／２の伸張を行うことができる。この操作は図１での階調伸張部３に相当する。しかし、映像信号だけを伸張した場合は明るさのバランスが崩れてしまうため、明るさを維持するため、光源の強度も変調しこの場合は３／２倍の逆数である２／３倍の強度としている。これは図１での光源補正部４に相当する。なお共通成分信号も同様に伸張できるが、同様の操作のためここではその例は示さない。

このように本発明によれば、映像信号の最大値の１、つまり白表示が含まれている場合でも、共通成分信号を抽出することによりダイナミックレンジを拡大することができる。

図５は、上述した実施形態におけるフローチャートを示したもので、ステップＳ１において、基本色信号からなる映像信号が入力されると各基本色信号レベルから最小値を検出し（ステップＳ２）、検出した最小値に基づいて入力映像信号から共通成分信号を抽出する（ステップＳ３）。そして、抽出した残りの基本色信号の少なくとも一つを階調伸張し（ステップＳ４）、階調補正された基本色信号を順次複数の光源による基本色の発光と同一の期間で表示し（ステップＳ５）、さらに抽出した共通成分信号を、前記複数の光源を同時に発光させる期間で表示する（ステップＳ６）。

本発明は、例えばプロジェクタにおいて利用することが可能である。図６は表示素子を１枚用いるいわゆる単板式のプロジェクタ装置の概念図を示したものである。プロジェクタ１０装置は、光源として赤ＬＥＤ１１、緑ＬＥＤ１２、青ＬＥＤ１３を用いている。例えば赤ＬＥＤ１１からの光はミラー１４で反射されダイクロイックミラー１５とダイクロイックミラー１６を透過し、ミラー１７へ到達する。同様に緑ＬＥＤ１２からの光はダイクロイックミラー１５で反射されダイクロイックミラー１６を透過し、ミラー１７へ到達する。同様に青ＬＥＤ１３からの光はダイクロイックミラー１６で反射され、ミラー１７へ到達する。ミラー１７へ到達したそれぞれの光は、表示素子１８へ照射され、表示素子１８で画像を形成しスクリーン１９へ投影される。

本発明の映像信号の処理の流れを示す概念図である。映像信号の模式図である。映像信号の共通成分信号抽出の模式図である。映像信号の階調伸張の模式図である。本発明の実施形態におけるフローチャートである。本発明の適用例を示す単板式のプロジェクタ装置の概念図である。

符号の説明

１…共通成分信号抽出部、２…輝度補正部、３…階調伸張部、４…光源補正部、１０…単板式のプロジェクタ装置、１１…赤ＬＥＤ、１２…緑ＬＥＤ、１３…青ＬＥＤ、１４，１５，１６，１７…ミラー、１８…表示素子、１９…スクリーン。

Claims

フィールド順次駆動方式を利用する映像表示装置において、異なる発光色を呈する複数の光源と、前記複数の光源からの光を変調する光変調素子と、複数の基本色を含む入力映像信号から共通成分信号を抽出する共通成分信号抽出部と、階調伸張部と、前記階調伸張部による階調伸張に応じて明るさのバランスを補正する光源補正部とを有し、前記共通成分信号抽出部により抽出された残りの映像信号のうち少なくとも一つの基本色信号は前記階調伸張部で伸張され、該伸張された基本色信号は、前記複数の光源によるそれぞれの発光に対応する期間で表示し、前記共通成分信号抽出部により抽出された共通成分信号は、前記複数の光源を同時に発光させる期間で表示するようにし、前記入力映像信号から抽出する前記共通成分信号の信号レベルは、該入力映像信号における各基本色信号の信号レベルの中の最小値に基づいて決定し、前記基本色信号を伸張する割合は、前記抽出する共通成分信号の信号レベルに基づいて決定することを特徴とする映像表示装置。
前記共通成分信号を表示せずに前記基本色信号を表示する場合に比べて、前記共通成分信号を表示する時間の分だけ低下する輝度に対し、輝度補正する輝度補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
前記輝度補正部は、各光源の発光量を上げることにより輝度補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
前記輝度補正部は、各映像信号レベルを上げることにより輝度補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
前記基本色信号は赤成分信号、緑成分信号および青成分信号であり、前記共通成分信号は白成分信号であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の映像表示装置。
前記複数の光源は半導体発光素子であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の映像表示装置。
異なる発光色を呈する複数の光源を順次駆動し、前記光源からの光を入力映像信号で変調して映像信号を表示する映像表示方法において、
複数の基本色信号を含む入力映像信号から共通成分信号を抽出するステップと、
前記抽出された残りの映像信号のうち少なくとも一つの基本色信号を伸張するステップと、
前記少なくとも１つの基本色信号の伸張に応じて明るさのバランスを補正するステップと、
前記伸張した基本色信号を、前記複数の光源によるそれぞれの発光に対応する期間で表示するステップと、
前記抽出した共通成分信号の映像信号を前記複数の光源を同時に発光させる期間で表示するステップと、を有し、
前記入力映像信号から抽出する前記共通成分信号の信号レベルは、該入力映像信号における各基本色信号の信号レベルの中の最小値に基づいて決定し、前記基本色信号を伸張する割合は、前記抽出する共通成分信号の信号レベルに基づいて決定することを特徴とする映像表示方法。