JP5010746B1

JP5010746B1 - 画像表示装置

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Publication number: JP5010746B1
Application number: JP2011040641A
Authority: JP
Inventors: 田雅基土
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012178722A; EP2492906A2; EP2492906A3; US20120218255A1

Abstract

【課題】３次元画像を表示している場合でもローカルディミングを効果的に行うことができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】本実施形態の画像表示装置は、分割された少なくとも２つのエリアに対してそれぞれ光を出射することが可能な発光ユニットと、前記発光ユニットからの光を受け、多視差画像成分を有する要素画像を複数個含む画像信号を表示可能な画像表示部と、各エリアに対して、それぞれのエリアに含まれる要素画像の中から、代表となる画素値を決定する決定部と、決定された画素値に基づいて各エリアを照射する光の強度を算出する光強度算出部と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、画像表示装置に関する。

バックライトを備えた画像表示装置において、ローカルディミング、すなわちバックライトを用いて局所的にエリアを制御することは、２次元画像表示する場合に通常行われていた。例えば、２次元画像を表示するときにローカルディミングを行う場合、バックライトが点灯するエリアに対応する画像の全ての画素の画素値を参照してバックライトから出射する光の強度を算出し、この光の強度に基づいてバックライトを制御する。

しかし、多視差画像成分（複数の視差画像成分）を有する３次元画像を表示する場合のローカルディミングについて十分な検討はなされていなかった。

特開２００４−１９１４９０号公報

本発明が解決しようとする課題は、３次元画像を表示している場合でもローカルディミングを効果的に行うことができる画像表示装置を提供することである。

本実施形態の画像表示装置は、分割された少なくとも２つのエリアに対してそれぞれ光を出射することが可能な発光ユニットと、前記発光ユニットからの光を受け、多視差画像成分を有する要素画像を複数個含む画像信号を表示可能な画像表示部と、各エリアに対して、それぞれのエリアに含まれる前記要素画像の中から、代表となる画素値を決定する決定部と、前記決定された画素値に基づいて各エリアを照射する光の強度を算出する光強度算出部と、を備えていることを特徴とする。

第１実施形態による画像表示装置を示すブロック図。図２（ａ）乃至２（ｄ）は代表なる画素値の選出を説明する図。代表なる画素値の選出を説明する図。第２実施形態による画像表示装置を示すブロック図。２次元画像表示の場合の光強度の算出を説明する図。第３実施形態による画像表示装置を示すブロック図。第４実施形態による画像表示装置を示すブロック図。

以下に図面を参照して実施形態を説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態の画像表示装置を図１に示す。この第１実施形態の表示装置は、表示制御部１０１と、画像表示部１０２と、光強度算出装置１０３と、バックライト制御部１０６と、発光ユニット（バックライト）１０７とを備えている。また、光強度算出装置１０３は、代表決定部１０４と、光強度算出部１０５とを備えている。

多視差画像成分を有する多視差画像信号は表示部制御部１０１に入力され、この多視差画像信号に基づいて表示制御部１０１によって画像表示部１０２が制御される。一方、多視差画像信号は、画像を分割したエリアを照射する光の強度を算出する光強度算出装置１０３にも入力される。光強度算出装置１０３に多視差画像信号が入力されると、代表決定部１０４において、多視差画像信号の中から代表となる一つの画素値が選出され、この選出された画素値が光強度算出部１０５に送られる。なお、代表となる画素値の選択は、後述する。光強度算出部１０５において、選出された画素値を用いて、上記エリアを照射する光の強度が算出される。この算出された光の強度に基づいて、バックライト制御部１０６によってバックライト１０７が制御される。このとき、画像表示部１０２への表示タイミングとバックライト１０７の発光ユニットを点灯するタイミングを同期させることは言うまでもない。

次に、代表となる画素値の選択について、図２（ａ）乃至図３を参照して説明する。

図３は本提案の説明図である。図２（ａ）は、画像表示部１０２と、その背面に配置されたある所望の分割数にてエリア毎に制御可能なバックライト１０７を示す図である。バックライト１０７は、所望の分割数に分割されたエリア毎に対応した画像表示部１０２の画像信号を用いて算出された照射する光の強度に基づいて制御される。図２（ｂ）に、照射されるあるエリアの拡大図を示す。一般に、裸眼方式の３次元画像表示装置の画像表示部の前面に複数の光学的開口部を有する光線制御素子１１０が配置される。光線制御素子１１０は、画像表示部１０２表示面に設けられマトリクス上に配列された画素からの光線を制御するものであって、光学的開口部の同一位置でも角度により異なる画像が見えるように光線を制御している。光線制御素子１１０として、具体的には、左右視差（水平視差）のみを与える場合には、スリット或いはレンチキュラーシート（シリンドリカルレンズアレイ）が用いられ、上下視差（垂直視差）も含める場合には、ピンホールアレイ或いはフライアイレンズアレイが用いられる。すなわち、スリット板のスリット、シリンドリカルレンズアレイのシリンドリカルレンズ、ピンホールアレイのピンホール、フライアイレンズアレイのフライアイレンズが各光学的開口部となる。また、光線制御素子１１０としては、電気的にレンズ効果や光学的開口部をオンまたはオフできるスイッチャブル型（アクティブ型）であってもよい。なお、スイッチャブル型の光線制御素子は、例えば、液晶層を一対の基板で挟み、一対の基板のうちの一方の基板に周期的に配列された電極と、他方の基板上に形成された電極との間に電圧を印加することにより、液晶層に電界分布を生成して液晶層の配向を変化させ、レンズとして作用する屈折率分布を生成するものや、液晶などで構成された複屈折レンズに入力する偏光を別の液晶セルで切り替えるものなどがある。

本実施形態においては、光線制御素子１１０としてレンチキュラーシートを用いた場合について説明する。本実施形態の画像表示装置においては、各光学的開口部、すなわち各シリンドリカルレンズに対して複数の視差画像成分を有する画像（要素画像）が対応つけられている。例えば、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すように、第１シリンドリカルレンズには９個の視差画像成分１−１〜１−９が対応付けられ、第２シリンドリカルレンズには９個の視差画像成分２−１〜２−９が対応付けられている。なお、図２（ｃ）は、視聴者から見た画像表示部１０２および光線制御素子１１０を示し、図２（ｄ）は、水平方向に切断し、下から見た断面図を示している。

このような９個の視差画像成分を表す光線、すなわち要素画像を表す光線は、図３に示すように、光線制御素子１１０の対応する光学的開口部を通して広がる。したがって、視聴者２００は見る位置によって見える画像（視差画像成分）が変わる。入力画像が３次元画像表示用の画像である場合に、立体画像を見るためには、例えば、左目と右目用に２視差分の画像が必要になる。そこで図３に示すように、４番目と５番目の光線（視差画像成分）が達する位置に視聴者２００が居た場合、４番目と５番目の視差画像成分が、それぞれ左目と右目に入り、視聴者２００は、表示された画像が立体的に見えることになる。または、入力画像が２次元画像表示用の画像であっても視差毎に画像が異なれば、画像表示部１０２の画面からの位置と距離により、異なる画像を見ることになる。つまり、入力画像が複数の視差画像成分を持つ場合、視聴者２００から見える画像は、ある特定の視差画像成分となる。そこで、視聴者２００の見ている視差画像成分に合わせて、バックライトから出射される光の強度を算出するのがより望ましくなる。このことは、画像表示部１０２に設けられたカメラ３００によって視聴者２００の位置と視聴者までの距離を検出することにより、行うことができる。

したがって、多視差画像成分のうち視聴者２００が４番目と５番目の視差画像成分を見ているならば、その２視差画像成分から代表となる画素値を選出する、あるいは２次元画像表示でも１番目の視差画像成分を見ているならば、代表決定部１０４によってその視差画像成分から代表となる画素値として選出し、この選出した画素値に基づいて、光強度算出部１０５によってエリアを照射する光の強度を算出する。この算出された光の強度に基づいて、バックライト制御部１０６がバックライト１０７を制御する。これにより、最適な輝度を保つことができ、画質の劣化を防止することができる。もちろん、複数の視差画像成分が同じ画像であっても良い。なお、各画素が例えば赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）等のサブ画素から構成されている場合には、代表となる画素値は、サブ画素の画素値（輝度値）を意味する。

３次元画像表示の場合に多視差画像成分から代表となる画素値を決めるには、視聴者がどの位置から見ても良いように、局所的に照射するエリア内における各要素画像に対して各要素画像の画素値の平均値を算出し、これらの算出した平均値の中から局所的に照射するエリア内における最大の平均値を代表となる画素値として選出してもよい。そして、この選出された代表となる画素値に基づいて、光強度算出部１０５によって光強度を算出し、この算出した光強度に基づいてバックライトを制御部１０６によってバックライト１０７を制御する。この場合、明るい画像を得ることができ、輝度の足りない画像となるのを抑制することもできる。この場合、最大の輝度を有する画素の画素値を代表として選出した場合に比べて、代表となる画素値が低くなるため、低消費電力化を図ることができる。また、照射するエリア内の全ての画素の画素値の平均値を求め、この平均値を代表となる画素値とする場合に比べて、全ての画素の画素値を記憶する必要がなくメモリの容量を小さくすることが可能となるので、光強度算出装置１０３の回路規模を小さくすることができる。

また、３次元画像表示の場合に多視差画像成分から代表となる画素値を決めるには、視聴者がどの位置から見ても良いように、局所的に照射するエリア内における各要素画像に対して各要素画像の中から最大の輝度を有する画素の画素値を選出し、これらの選出した画素値の中から局所的に照射するエリア内における最大の画素値を代表となる画素値として選出してもよい。そして、この選出された画素値に基づいて、光強度算出部１０５によって光強度を算出し、この算出した光強度に基づいてバックライトを制御部１０６によってバックライト１０７を制御する。この場合も、明るい画像を得ることができ、輝度の足りない画像となるのを抑制することもできる。

上述したように、局所的に照射するエリア内の各要素画像に対して、最大の輝度を有する画素の画素値を代表となる画素値として選出した後、さらに、これらの選出した画素値に関する、局所的に照射するエリア内の全ての要素画像に対する平均値を算出し、この平均値を代表となる画素値としてもよい。この場合、最大の輝度を有する画素の画素値を代表として選出した場合に比べて、代表となる画素値が低くなるため、低消費電力化を図ることができる。また、照射するエリア内の全ての画素の画素値の平均値を求め、この平均値を代表となる画素値とする場合に比べて、全ての画素の画素値を記憶する必要がなくメモリの容量を小さくすることが可能となるので、光強度算出置装１０３の回路規模を小さくすることができる。

以上説明したように、第１実施形態によれば、３次元画像を表示する場合に、ローカルディミングを効果的に行うことができ、画質の劣化を防止することができる。

なお、第１実施形態の画像表示装置は裸眼方式の画像表示装置であった。１枚の画像中に右目用の画像と左目用の画像が含まれ、この画像を視聴者がメガネを用いて視聴することにより３次元画像として見ることが可能なメガネ方式（例えば、偏光メガネ方式）の画像表示装置においても、右目用の画像と、左目用の画像をそれぞれ第１実施形態における要素画像と考えれば、本実施形態を適用することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態による画像表示装置を図４に示す。この第２実施形態の画像表示装置は、図１に示す画像表示装置の光強度算出装置１０３を光強度算出装置１０３Ａに置き換えた構成となっている。光強度算出部１０３Ａは、光強度算出装置１０３において、判定部１０８を新たに設けた構成となっている。この判定部１０８は、入力された画像信号が３次元画像信号であるのか、２次元画像信号であるかを判定し、３次元画像信号である場合には、この３次元画像信号を代表決定部１０４に送出し、２次元画像信号である場合には、この２次元画像信号を光強度算出部１０５に送出する。判定部１０８において、３次元画像信号と判定された場合には、第１実施形態で説明した場合と同様に、代表決定部１０４において代表となる画素値が選出され、この選出された画素値に用いて局所的なエリアを照射する光の強度が光強度算出部１０５において算出される。この算出された光の強度に基づいて、バックライト制御部１０６によってバックライト１０７が制御される。

一方、判定部１０８において、２次元画像信号と判定された場合について図５（ａ）乃至図５（ｃ）を参照して説明する。図５（ａ）は、画像表示部１０２とその背面に配置されたある所望の分割数にてエリア毎に制御可能なバックライト１０７を示す図である。図４（ｂ）はあるエリアを示す拡大図である。２次元画像は、図４（ｃ）に示すように、複数の視差画像を含まない通常の画像である。本実施形態においては、２次元画像を表示する場合は、局所的に照射するエリア内の全ての画素の画素値を参照して上記エリアを照射する光の強度が光強度算出部１０５において算出される。例えば、上記エリア内の全ての画素の画素値の中から最大値を選出し、この最大値に基づいて、上記エリアを照射する光強度を算出してもよい。また、局所的に照射するエリア内の全ての画素の画素値の平均値を算出し、この算出した平均値に基づいて、上記エリアを照射する光強度を算出してもよい。

つまり、第２実施形態においては、判定部１０８において、画像信号が２次元画像信号と判定された場合には、代表決定部１０４は動作せず、２次元画像信号から光強度算出部１０５において上記エリアを照射する光強度が算出される。

なお、第２実施形態の画像表示装置は裸眼方式の画像表示装置である。しかし、シャッタ機能付きメガネ方式の画像表示装置においても、右目用の画像と左目用の画像のそれぞれに対して、第２実施形態の２次元画像であると考えれば、第２実施形態を適用することができる。

この第２実施形態のように、２次元画像表示と３次元画像表示を同じ画像表示パネルを用いて行う場合、２次元画像と３次元画像とでは同じ画素位置でも異なる画像信号となる。そのため、２次元画像表示と３次元画像表示を切替える場合、算出する光強度が異なることになる。そこで、第２実施形態のように切替え可能なシステムを構築することで、２次元画像表示と３次元画像表示のそれぞれにおいて、照射すべき最適な光強度を算出することが可能となり、画質の向上を図ることができる。

第２実施形態も、第１実施形態と同様に、３次元画像を表示する場合に、ローカルディミングを効果的に行うことができ、画質の劣化を防止することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の画像表示装置を図６に示す。この第３実施形態の画像表示装置は図１に示す第１実施形態の画像表示装置において、フレームメモリ１２０と、画像信号補正処理部１２１とを新たに設けた構成となっている。

この第３実施形態においては、多視差画像信号は、フレーム毎に画像信号を保存するフレームメモリ１２０と、光強度算出装置１０３とに入力される。光強度算出装置１０３にておいて算出された各エリアを照射する光の強度は、画像信号補正処理部１２１に入力される。この時、同時にフレームメモリ１２０にて保存された画像信号が画像信号補正処理部１２１に入力される。そして、画像信号補正処理部１２１において、各エリアを照射する光の強度と、画像信号との間の相関性を考慮して、画像信号が補正される。例えば、照射するエリア内のある画素の画素値が階調表示で５０％であるときに、上記エリアの照射する光の強度が例えば最大値の半分と算出された場合には、上記エリアの上記画素の画素値を５０％より大きくなるように補正する処理を画像信号補正処理部１２１において行う。

また、照射するエリア内のある画素の画素値が階調表示で５０％であるときに、上記エリアの照射する光の強度が例えば最大値と算出された場合には、上記エリアの上記画素の画素値を５０％より小さくなるように補正する処理を画像信号補正処理部１２１において行う。このような補正を行うことにより、ローカルディミングを行ったエリア内においても適切な明るさの画像を得ることができ、画質の劣化を抑制することができる。

なお、バックライト１０７の制御にかんしては、第１実施形態で説明したと同様に行う。

第３実施形態も、第１実施形態と同様に、３次元画像を表示する場合に、ローカルディミングを効果的に行うことができ、画質の劣化を防止することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態の画像表示装置を図７に示す。この第４実施形態の画像表示装置は図６に示す第３実施形態の画像表示装置において、光強度算出装置１０３を光強度算出装置１０３Ａに置き換えた構成となっている。第２実施形態で説明したと同様に、光強度算出部１０３Ａは、光強度算出装置１０３において、判定部１０８を新たに設けた構成となっている。そして、光強度算出部１０３Ａの構成および作用は、第２実施形態の場合と同様である。

第４実施形態も、第１実施形態と同様に、３次元画像を表示する場合に、ローカルディミングを効果的に行うことができ、画質の劣化を防止することができる。また、第３実施形態と同様に、３次元画像を表示する場合に、ローカルディミングを効果的に行うことができ、画質の劣化を防止することができる。更に、第２実施形態と同様に、２次元画像表示と３次元画像表示のそれぞれにおいて、照射すべき最適な光強度を算出することが可能となり、画質の向上を図ることができる。

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。これらの実施形態は、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。これらの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。

１０１表示制御部
１０２画像表示部（表示パネル）
１０３光強度算出装置
１０３Ａ光強度算出装置
１０４代表決定部
１０５光強度算出部
１０６バックライト制御部
１０７発光ユニット（バックライト）
１０８判定部
１１０光線制御素子
１２０フレームメモリ
１２１画像信号補正処理部

Claims

分割された少なくとも２つのエリアに対してそれぞれ光を出射することが可能な発光ユニットと、
前記発光ユニットからの光を受け、多視差画像成分を有する要素画像を複数個含む画像信号を表示可能な画像表示部と、
各エリアに対して、それぞれのエリアに含まれる前記要素画像毎に前記要素画像の画素値に基づいて１つの画素値を選択し、選択された画素値から代表となる画素値を決定する決定部と、
前記決定された画素値に基づいて各エリアを照射する光の強度を算出する光強度算出部と、
を備えていることを特徴とする画像表示装置。
前記光強度算出部は、前記画像信号が２次元画像である場合に前記画像信号から各エリア内に含まれる画素の画素値を用いて各エリアを照射する光の強度を算出し、前記画像信号が３次元画像である場合に前記決定された画素値に基づいて各エリアを照射する光の強度を算出することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
視聴者の位置および前記画像表示部から前記視聴者までの距離を検出する検出部を更に備え、
前記決定部は、前記検出部によって検出された前記視聴者の位置および前記視聴者までの距離に基づいて、代表となる画素値を決定することを特徴とする請求項１または２記載の画像表示装置。
前記決定部は、それぞれのエリアに含まれる前記要素画像の中の画素値の平均値を算出し、これらの算出した平均値の中から最大値を代表となる画素値とすることを特徴とする請求項１または２記載の画像表示装置。
前記決定部は、それぞれのエリアに含まれる前記要素画像の中から画素値が最大となる画素値を選出し、これらの選出された画素値の平均値を代表となる画素値とすることを特徴とする請求項１または２記載の画像表示装置。
前記画像信号をフレーム毎に保存するフレームメモリと、
前記光強度算出部によって算出された光強度と前記フレームメモリに保存された画像信号とに基づいて、前記画像信号を補正する画像信号補正処理部と、
を更に備え、
前記画像表示部は、前記画像信号補正処理部によって補正された画像信号を表示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。