JP5092207B2 - 画像表示装置及び画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置及び画像表示方法に関する。

画像表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系から射出される表示画像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する液晶プロジェクタが知られている。このような液晶プロジェクタは以下のような問題点を有している。

（１）光学系を構成する様々な光学要素で生じる光漏れや迷光のため、充分なコントラストが得られない。そのため、表示できる階調範囲（ダイナミックレンジ）が狭く、陰極線管（ＣＲＴ）を用いた既存のテレビと比較すると、表示画像の品質や迫力の点で劣ってしまう。
（２）各種の画像信号処理により表示画像の品質向上を図ろうとしても、ダイナミックレンジが固定されているために、充分な効果を発揮することができない。

このような液晶プロジェクタの問題点に対する解決策、つまりダイナミックレンジを拡張する方法としては、画像信号に応じて光変調器（ライトバルブ）に入射させる光源の光量を変化させることが考えられる。それを実現するのに最も簡便な方法は、光源ランプの光出力強度を変化させることである。例えば、下記特許文献１には、液晶プロジェクタにおいて、画像信号に応じて光源ランプの出力光の制御を行う技術が開示されている。
特開平５−６６５０１号公報

しかしながら、液晶プロジェクタに用いる光源ランプとしては高圧水銀ランプが主流となっているが、高圧水銀ランプの光出力強度を制御することは極めて困難である。このことから、光源ランプの光出力強度自体は変化させずに、光変調手段への入射光量を映像信号に応じて変化させる方法が求められている。さらに上記の問題点に加えて、光源ランプの光出力強度が固定されているため、例えば暗めの鑑賞環境においては表示画像が明るくなりすぎたり、また、投射距離や投射レンズのズーミングにより投射スクリーンサイズを変化させた際に、それに応じて表示画像の明るさが変化してしまうという問題点もあった。

このような問題を解決するために、近年、液晶プロジェクタの光源ランプに調光用のルーバ（遮光板）を組み合わせた構造のものが提案されている。具体的には、光源ランプから射出された光の光軸上に遮光板を配置し、これをその主面に平行な回動軸の回りに回動させて光源光を一部遮光することで調光を行っている。

このような調光手段により、光源光を画像信号に応じて調光することで、光源ランプの光出力強度が一定のままでも表示画像に応じた明るさの光を得ることができ、液晶プロジェクタのダイナミックレンジの拡張に寄与することができる。同様に、投射拡大率，使用環境下における明るさの状況、若しくは、ユーザの好み等に応じた明るさの光を得ることができる。

ところが、このような調光処理と、当該調光処理とは別に行う画像信号の伸張処理とによって黒レベルを変化させるという原理上、画像信号の切り替わりに同期して調光処理及び伸張処理を行うことは、画像中に不用意な明るさ変化を生じさせることとなり、それはユーザにとっては表示画像上のちらつきとして認識されてしまう。このため、従来の液晶プロジェクタにおいては、画像信号の切り替わりとは同期させずに、比較的低速度で調光処理及び伸張処理を行うことによって、表示画像のちらつきを防止している。しかしながら、画像信号に対する調光処理及び伸張処理の遅れは、例えば、暗いシーンから明るいシーンに表示画像が切り替わった際に、表示画像に白とび（高階調側での階調潰れ）が生じる原因となる。

このような白とびを回避するために、入力された画像信号の最大階調が伸張処理によって表示可能な最大階調を越えないように当該伸張処理を行う方法が提案されている。確かに、このような伸張処理によれば白とびを回避することは可能であるが、調光処理は依然従来の処理方法のままであるので、上記伸張処理を行うことにより表示画像の明るさが低下するという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、表示画像の明るさを低下することなく、白とびを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるひとつの画像表示装置は、照明光の調光処理と画像信号の階調値の伸張処理とによって表示画像を調整する画像表示装置であって、前記表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータを前記画像信号から所定の時間間隔毎に算出する画像パラメータ抽出手段と、前記画像パラメータ抽出手段によって算出された前記画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を制御する調光制御手段と、前記画像パラメータ抽出手段によって算出された前記画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う伸張処理手段とを備え、前記画像パラメータ抽出手段は、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる最大階調値以上、且つ出力可能な最大階調値以下となる階調値を前記画像パラメータとして算出するに当たって、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる最大階調値に第１定数を乗算し、第２定数を加算することで前記画像パラメータを算出することを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明にかかるひとつの画像表示装置は、照明光の調光処理と画像信号の階調値の伸張処理とによって表示画像を調整する画像表示装置であって、前記表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータを前記画像信号から所定の時間間隔毎に算出する画像パラメータ抽出手段と、前記画像パラメータ抽出手段によって算出された前記画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を制御する調光制御手段と、前記画像パラメータ抽出手段によって算出された前記画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う伸張処理手段とを備え、前記画像パラメータ抽出手段は、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる最大階調値以上、且つ出力可能な最大階調値以下となる階調値を前記画像パラメータとして算出するに当たって、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる階調値に関するヒストグラムによって検出される最大階調値から出現頻度について一定の割合となる階調値に第１定数を乗算し、第２定数を加算することで前記画像パラメータを算出することを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明にかかるひとつの画像表示方法は、照明光の調光処理と画像信号の階調値の伸張処理とによって表示画像を調整する画像表示方法であって、前記表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータを前記画像信号から所定の時間間隔毎に算出する第１ステップと、前記第１ステップにおいて算出された前記画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を制御する第２ステップと、前記第１ステップにおいて算出された前記画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う第３ステップとを有し、前記第１ステップでは、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる最大階調値以上、且つ出力可能な最大階調値以下となる階調値を前記画像パラメータとして算出するに当たって、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる最大階調値に前記第１定数を乗算し、前記第２定数を加算することで前記画像パラメータを算出する、または、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる階調値に関するヒストグラムによって検出される最大階調値から出現頻度について一定の割合となる階調値に第１定数を乗算し、第２定数を加算することで前記画像パラメータを算出することを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明では、画像表示装置に係わる解決手段として、照明光の調光処理と画像信号の階調値の伸張処理とによって表示画像を調整する画像表示装置であって、前記表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータを前記画像信号から所定の時間間隔毎に抽出する画像パラメータ抽出手段と、前記画像パラメータ抽出手段によって抽出された前記画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を制御する調光制御手段と、前記画像パラメータ抽出手段によって抽出された前記画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う伸張処理手段とを備え、前記画像パラメータ抽出手段は、前記画像信号の階調値が伸張処理後に出力可能な最大階調値を越えるような画素数が所定の数以下となるように前記画像パラメータを決定する、という手段を採用する。
この発明によれば、画像パラメータを画像信号の階調値が伸張処理後に出力可能な最大階調値を越えるような画素数が所定の数以下となるように決定し、当該画像パラメータに基づいて伸張処理及び調光処理を行うので、伸張処理に適合した調光処理を行うことができ、結果として表示画像の明るさを低下することなく、白とびを抑制することが可能である。

また、本発明では、前記所定の数は、全画素数の１％以下とすることが好ましい。
この数値は、本願発明者があらゆる画像を想定し、画像パラメータを調整しながら各画像を表示させて画像全体の印象を調査した結果から得られた値である。従って、この発明によれば、特に画像が静止画である場合に適した伸張処理及び調光処理により表示画像の明るさを低下することなく、白とびを抑制することが可能である。

また、本発明では、画像表示装置に係わる解決手段として、照明光の調光処理と画像
信号の階調値の伸張処理とによって表示画像を調整する画像表示装置であって、前記表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータを前記画像信号から所定の時間間隔毎に抽出する画像パラメータ抽出手段と、前記画像パラメータ抽出手段によって抽出された前記画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を制御する調光制御手段と、前記画像パラメータ抽出手段によって抽出された前記画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う伸張処理手段とを備え、前記画像パラメータ抽出手段は、前記画像信号の所定階調値が伸張処理後に出力可能な最大階調値を越えないように前記画像パラメータを決定する、という手段を採用する。
この発明によれば、特に画像が動画である場合に適した伸張処理及び調光処理により表示画像の明るさを低下することなく、白とびを抑制することが可能である。

また、本発明では、前記画像パラメータ抽出手段は、前記画像信号の所定階調値に第
１定数を乗算後、第２定数を加算した結果を画像パラメータとして決定することが好ましい。
この発明によれば、特に画像が動画である場合に適し、第１定数及び第２定数を任意に設定することで、表示画像の明るさを低下することなく、白とびを抑制しつつ、所望の画像表示を行うことが可能である。

また、本発明では、前記第１定数及び第２定数は、前記画像パラメータが出力可能な
最大階調値を越えないように設定されることが好ましい。
この発明によれば、特に画像が動画である場合に適した伸張処理及び調光処理により表示画像の明るさを低下することなく、白とびを抑制することが可能である。

また、本発明では、前記画像信号の所定階調値は、当該画像信号の最大階調値であることが好ましい。
この発明によれば、画像信号の明るさ変動に対して非常に感度の良い伸張処理を行うことができ、わずかな明るさ変動を忠実に表示したい場合に有効である。

また、本発明では、前記画像信号の所定階調値は、当該画像信号に含まれる階調値に関するヒストグラムによって検出される最大階調値から出現頻度について一定の割合となる階調値であることが好ましい。
この発明によれば、画像信号の明るさ変動に対して感度を弱めた伸張処理を行うことができ、わずかな明るさ変動に対して追従することが不都合な画像である場合に有効である。

また、本発明では、前記一定の割合は、１％以下であることが好ましい。
この数値は、本願発明者があらゆる画像を想定し、画像パラメータを調整しながら各画像を表示させて画像全体の印象を調査した結果から得られた値である。この発明によれば、表示画像の印象を損なわずに、明るさを低下することなく、白とびを抑制することが可能である。

一方、本発明では、画像表示方法に係わる解決手段として、照明光の調光処理と画像
信号の階調値の伸張処理とによって表示画像を調整する画像表示方法であって、前記表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータを前記画像信号から所定の時間間隔毎に抽出する第１ステップと、前記第１ステップにおいて抽出された前記画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を制御する第２ステップと、前記第１ステップにおいて抽出された前記画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う第３ステップとを有し、前記第１ステップでは、前記画像信号の階調値が伸張処理後に出力可能な最大階調値を越えるような画素数が所定の数以下となるように前記画像パラメータを決定する、という手段を採用する。
この発明によれば、画像パラメータを画像信号の階調値が伸張処理後に出力可能な最大階調値を越えるような画素数が所定の数以下となるように決定し、当該画像パラメータに基づいて伸張処理及び調光処理を行うので、伸張処理に適合した調光処理を行うことができ、結果として表示画像の明るさを低下することなく、白とびを抑制することが可能である。

さらに、本発明では、画像表示方法に係わる解決手段として、照明光の調光処理と画
像信号の階調値の伸張処理とによって表示画像を調整する画像表示方法であって、
前記表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータを前記画像信号から所定の時間間
隔毎に抽出する第１ステップと、前記第１ステップにおいて抽出された前記画像パラメ
ータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメー
タに基づいて前記調光処理を制御する第２ステップと、前記第１ステップにおいて抽出
された前記画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、
該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う第３ステップとを有し、前記第１
ステップでは、前記画像信号の所定階調値が伸張処理後に出力可能な最大階調値を越え
ないように前記画像パラメータを決定する、という手段を採用する。
この発明によれば、特に画像が動画である場合に適した伸張処理及び調光処理により表示画像の明るさを低下することなく、白とびを抑制することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明の画像表示方法を用いた画像表示装置の一例として、ＲＧＢの異なる色毎に液晶ライトバルブを備えた３板式の液晶プロジェクタを用いて説明する。
図１は、液晶プロジェクタの一例を示した概略構成図である。図１に示すように、液晶プロジェクタは、光源５１０、調光素子２６、ダイクロイックミラー５１３、５１４、反射ミラー５１５、５１６、５１７、リレーレンズ５１８、５１９、５２０、赤色光用液晶ライトバルブ５２２、緑色光用液晶ライトバルブ５２３、青色光用液晶ライトバルブ５２４、クロスダイクロイックプリズム５２５及び投射レンズ系５２６から構成されている。

光源５１０は、超高圧水銀灯等のランプ５１１と、当該ランプ５１１の光を反射するリフレクタ５１２とから構成されている。この光源５１０とダイクロイックミラー５１３との間には、光源５１０からの光量を調節する調光素子２６が配置されている。調光素子２６は、例えば透過率を可変とした液晶パネルによって構成されるものである。

ダイクロイックミラー５１３は、光源５１０から入射される白色光のうちの赤色光を反射ミラー５１７へ透過させると共に、青色光と緑色光とをダイクロイックミラー５１４へ反射する。反射ミラー５１７は、ダイクロイックミラー５１３から入射された赤色光を赤色光用液晶ライトバルブ５２２へ反射する。

一方、ダイクロイックミラー５１４は、ダイクロイックミラー５１３から入射される青色光と緑色光との内、緑色光を緑色光用液晶ライトバルブ５２３へ反射すると共に、青色光をリレーレンズ５１８へ透過する。この青色光は、リレーレンズ５１８、反射ミラー５１５、リレーレンズ５１９、反射ミラー５１６、リレーレンズ５２０からなるリレー系５２１を介して、青色光用液晶ライトバルブ５２４に入射される。

赤色光用液晶ライトバルブ５２２、緑色光用液晶ライトバルブ５２３及び青色光用液晶ライトバルブ５２４は、それぞれに入射された３つの色光（赤色光、緑色光、青色光）を変調し、クロスダイクロイックプリズム５２５に出射する。このクロスダイクロイックプリズム５２５は、４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されたものである。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ系５２６によってスクリーン５２７上に投射され、画像が拡大されて表示される。

図２は、上記のように構成される本液晶プロジェクタの駆動回路の構成を示したブロック図である。この図に示すように、液晶プロジェクタの駆動回路は、Ａ／Ｄコンバータ１、画像パラメータ抽出部２、伸張処理部３、Ｄ／Ａコンバータ４、ライトバルブドライバ５、赤色光用液晶ライトバルブ５２２、緑色光用液晶ライトバルブ５２３、青色光用液晶ライトバルブ５２４、調光制御部６、調光素子ドライバ７及び調光素子２６から構成されている。

Ａ／Ｄコンバータ１は、外部の画像供給装置から供給される画像信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換し、デジタル画像信号として画像パラメータ抽出部２に出力する。アナログ信号である画像信号は、電圧値の大きさを画像の明るさ情報として持っていたが、デジタル画像信号に変換されることにより上記電圧値に対応する階調値を明るさ情報として持つことになる。なお、上記画像供給装置は、例えばＤＶＤ(Digital Versatile Disk)プレイヤやＰＣ（Personal Computer）等であり、ＤＶＤ等の記録媒体に保存されている画像を再生し、当該画像を示す画像信号と共に同期信号（図示せず）を本液晶プロジェクタに出力するものである。

画像パラメータ抽出部２は、上記Ａ／Ｄコンバータ１から入力されたデジタル画像信号から表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータ（階調値）を所定の抽出処理によって抽出し、当該画像パラメータ及びデジタル画像信号を伸張処理部３に出力すると共に、画像パラメータを調光制御部６に出力する。この画像パラメータ抽出部２の画像パラメータ抽出処理については、後で詳細に説明する。

伸張処理部３は、上記画像パラメータを基に伸張制御パラメータを決定し、当該伸張制御パラメータに基づいてデジタル画像信号を構成する階調値の伸張処理を行い、伸張処理後のデジタル画像信号をＤ／Ａコンバータ４に出力する。なお、このような伸張制御パラメータの決定方法については後述する。

Ｄ／Ａコンバータ４は、上記伸張処理部３から入力されるデジタル画像信号をＤ／Ａ変換し、アナログ画像信号としてライトバルブドライバ５に出力する。ライトバルブドライバ５は、Ｄ／Ａコンバータ４から入力されるアナログ画像信号に基づいて赤色光用液晶ライトバルブ５２２、緑色光用液晶ライトバルブ５２３及び青色光用液晶ライトバルブ５２４を駆動させるための駆動信号を生成し、各液晶ライトバルブに出力する。赤色光用液晶ライトバルブ５２２、緑色光用液晶ライトバルブ５２３及び青色光用液晶ライトバルブ５２４は、図１で説明したように、上記駆動信号によって駆動し、それぞれに入射された３つの色光（赤色光、緑色光、青色光）の変調を行う。

調光制御部６は、画像パラメータ抽出部２から入力される画像パラメータと調光制御パラメータとの対応関係を示すＬＵＴ（Look Up Table）を予め記憶しており、当該ＬＵＴを基に調光制御パラメータを決定し、当該調光制御パラメータを調光素子ドライバ７に出力する。なお、上記ＬＵＴ及び調光制御パラメータの決定方法については後述する。

調光素子ドライバ７は、上記調光制御部６から入力される調光制御パラメータに基づいて、図１に示した調光素子２６を駆動するための駆動信号を生成し、当該駆動信号を調光素子２６に出力する。調光素子２６は、上記駆動信号に基づいて駆動し、これにより光源５１０から出射される光量を変化させる。

次に、このように構成された本液晶プロジェクタの伸張処理動作及び調光処理動作について説明する。
まず、外部の画像供給装置から入力された画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ１によってデジタル画像信号に変換され、画像パラメータ抽出部２に入力される。このデジタル画像信号は、上述したように画像の明るさ情報として、当該画像の構成単位である各画素のＲＧＢに対応する階調値を持つものである。なお、本実施形態では、０（黒）〜２５５（白）階調までの２５６階調表示を行う液晶プロジェクタを想定している。

画像パラメータ抽出部２は、上記デジタル画像信号から任意の１フレームに含まれる明るさ情報、すなわち階調値の出現数分布（ヒストグラム）を作成する。例えば、この１フレームに含まれる階調値のヒストグラムが図３（ａ）のようになったとする。この場合、図３（ａ）に示すように、上記１フレームにおける最大階調値は１５０階調である。画像パラメータ抽出部２は、上記ヒストグラムを基に画像パラメータを決定する。

ここで、例えば、最大階調値である１５０階調を画像パラメータとして決定した場合を想定する。画像パラメータ抽出部２は、上記１５０階調を画像パラメータとして抽出し決定すると、当該画像パラメータを伸張処理部３及び調光制御部６に出力すると共に、デジタル画像信号を伸張処理部３に出力する。伸張処理部３は、上記画像パラメータを基に伸張制御パラメータを決定する。すなわち、ダイナミックレンジを最大活用するためには、伸張制御パラメータとして、伸張係数Ｇ＝出力可能な最大階調値／画像パラメータ＝２５５／１５０＝１．７と決定する。このように伸張制御パラメータ（伸張係数Ｇ）を決定することによって、図３（ｂ）に示すように、入力階調値（デジタル画像信号に含まれる階調値）に伸張制御パラメータを乗算することで出力可能な最大階調値までリニアに伸張することができ、ダイナミックレンジを最大活用することが可能になる。なお、図３（ｂ）において、出力階調値とは入力階調値の伸張処理後の階調値である。

一方、調光制御部６は、画像パラメータを基に調光制御パラメータを決定する。上記のように、入力階調値における最大階調値（１５０階調）を伸張すると出力階調値は２５５階調となるので表示画像は明るくなる。そこで、調光制御部６は、伸張処理によって明るさが増加する分、光源５１０から出射される光量を減少させるように調光素子２６を駆動するような調光制御パラメータを決定する。具体的には、出力可能な最大階調値（２５５階調）における光量を１００％とすると、１５０／２５５＝５８．８％の光量に減少させるように調光素子２６を駆動させるような調光制御パラメータを決定する。つまり、調光素子２６は液晶パネルによって構成されているので、調光制御パラメータは、光源５１０から出射される光量を５８．８％に減少させるように上記液晶パネルを駆動させるための駆動電圧値として決定される。

調光制御部６は、図４に示すような画像パラメータと調光制御パラメータ（調光素子２６の駆動電圧値）との対応関係を示すＬＵＴを予め記憶しており、画像パラメータ抽出部２から画像パラメータが入力されると、上記ＬＵＴを基に調光制御パラメータを決定し、当該調光制御パラメータを調光素子ドライバ７に出力する。調光素子ドライバ７は、上記調光制御パラメータが示す駆動電圧を生成して調光素子２６を駆動し、その結果、光源５１０から出射される光量は５８．８％に減少することになる。このような調光処理により、光源５１０から出射される光量を画像信号に応じて調光することで、光源５１０の光出力強度が一定のままでも表示画像に応じた明るさの光を得ることができ、液晶プロジェクタのダイナミックレンジの拡張に寄与することができる。

しかしながら、上述したような伸張処理では、画像の切り替わりにおいて、例えば図５（ａ）に示すようなヒストグラムで表されるデジタル画像信号が入力された場合、表示画像のちらつきを抑えるために所定の時定数をもって徐々に伸張処理を行う都合上、伸張処理部３は、画像の切り替わる瞬間は新たな伸張制御パラメータを決定していないため、図５（ｂ）に示すように、１５０階調以上の入力階調値は全て伸張処理後に２５５階調となってしまう。このような現象が白とび（高階調側での階調潰れ）である。

このような白とびを防止するために、伸張処理後の階調値が出力可能な最大階調値を越えないように、例えば伸張制御パラメータ（伸張係数Ｇ）に所定の定数Ｃ（Ｃ＜１）を乗算する方法がある。このように伸張制御パラメータを決定することにより、図５（ｃ）に示すように白とびを抑制することが可能である。

しかしながら、上記のような伸張処理では、確かに白とびを抑制することができるが、調光制御部６は依然１５０階調という画像パラメータを基に調光制御パラメータを決定しているため、伸張処理に対する減光量のミスマッチが発生し、表示画像の明るさが低下してしまうという問題がある。

そこで、本実施形態では、上記のような問題を解決するために、以下のような方法により画像パラメータを決定する。
（１） 表示画像が動画の場合
まず、表示画像が動画の場合について説明する。上述したように、表示画像のちらつきを抑えるために所定の時定数をもって徐々に伸張処理を行う必要があることを考慮すると、伸張処理後の階調値が出力可能な最大階調値を越えないことが好ましい。従って、デジタル画像信号における任意の１フレームに含まれる階調値、すなわち入力階調値の内、最大階調値をｍａｘ１とすると、画像パラメータｍａｘ２を下記条件式（１）に基づいて決定する。なお、下記条件式（１）において、ｋは第１定数、ｊは第２定数である。

このように決定した画像パラメータｍａｘ２を基に伸張制御パラメータ、つまり伸張係数Ｇを算出すると、１≦Ｇ≦２５５／ｍａｘ２となり、図６に示すように入力階調値の内、最大階調値ｍａｘ１＝１５０とした場合、出力階調値が出力可能な最大階調値を越えることはなく、白とび発生を抑制することができる。また、調光制御部６は、上記のような画像パラメータｍａｘ２を基に調光制御パラメータを決定するので、伸張処理に対する減光量のミスマッチが発生せず、表示画像の明るさ低下を防止することが可能である。

上記条件式（１）と図６とからわかるように、第１定数ｋまたは第２定数ｊを大きく設定すると（つまり画像パラメータｍａｘ２を大きくすると）、調光処理の効果は小さくなるが、高階調側での白とび抑制の効果が高まり、急激な明るさ変動がある画像においても白とびを抑制することが可能である。このように画像パラメータｍａｘ２を大きい値に決定する場合は、画像のディテール、すなわち階調表示を重視する表示モードに適している。
一方、第１定数ｋまたは第２定数ｊを小さく設定すると（つまり画像パラメータｍａｘ２を小さくすると）、高階調側での白とび発生の危険性は高まるが、調光処理の効果が高まり、画像のディテールよりも明るさやコントラストを重視する表示モードに適している。

なお、デジタル画像信号の入力階調値から最大階調値ｍａｘ１を抽出する方法としては、上述したようなヒストグラムから求めても良いし、単純に入力階調値の最大値探索処理を行うことで求めても良い。

ところで、上記のように、デジタル画像信号の入力階調値から最大階調値ｍａｘ１を抽出し、当該最大階調値ｍａｘ１を用いて画像パラメータｍａｘ２を決定すると、例えば、暗い画像から明るい画素がわずかに増えたような画像へ切り替わった場合に、画像全体の印象としては暗い表示であるにも関わらず、そのわずかな数の明るい画素の階調値に合わせて伸張処理及び調光処理を行ってしまうため、実際に表示される画像全体の明るさが高くなってしまい、所望の画像表示が行えなくなるという問題がある。つまり、画像のわずかな明るさ変動に対して敏感に反応してしまうのである。なお、この方法は、わずかな明るさ変動を忠実に表示したい場合には有効である。

このような問題を解決するために、以下のような方法を用いても良い。デジタル画像信号の任意の１フレームにおける入力階調値のヒストグラムを作成し、図７に示すように最大階調値ｍａｘ１から出現数について一定の割合となる階調値を新たにｈｉｓ１と設定し、
下記条件式（２）に基づいて画像パラメータｍａｘ２を決定する。上記一定の割合は、全出現数の１％以内であることが好ましい。このように、画像パラメータｍａｘ２を決定することにより、画像の明るさ変動に対して適切な伸張処理及び調光処理を行うことができ、画像全体の印象を損なうことなく白とび及び表示画像の明るさ低下を防止することが可能である。

（２） 表示画像が静止画の場合
続いて、表示画像が静止画の場合について説明する。静止画を表示する場合、伸張処理後の出力階調値が出力可能な最大階調値を越える（白とびを生じる）ような画素数が規定量以内であれば、画像全体の印象として違和感を生じさせることはない。この規定量は、全画素数の１％以内であることが好ましい。この数値は、本願発明者があらゆる画像を想定し、画像パラメータを調整しながら各画像を表示させて画像全体の印象を調査した結果から得られた値である。

具体的には、入力階調値をｉとすると、Ｇ・ｉ＞２５５となるような画素数が全画素数の１％以内となるように伸張係数Ｇを決定すれば良い。そこで、デジタル画像信号の任意の１フレームにおける入力階調値のヒストグラムを作成し、図７に示すように最大階調値ｍａｘ１から出現数について一定の割合（１％以内）となる階調値を画像パラメータｈｉｓ２として決定すると、伸張係数Ｇ≦２５５／ｈｉｓ２となり、伸張処理後に出力可能な最大階調値を越える画素数を全画素数の１％以内にすることができる。このように静止画の場合は、画像パラメータとしてｈｉｓ２を決定することにより、白とびによる画像全体の違和感をユーザにとって気にならない程度に抑制しつつ、伸張処理に適合した調光処理を行うことでダイナミックレンジを最大活用した画像表示を行うことが可能になる。

以上のように、本実施形態によれば、画像パラメータ自体を画像信号に応じて決定することにより、伸張処理と調光処理とを連動して画像表示を行うことができ、その結果、白とび発生を抑制しつつ、表示画像の明るさ低下を防止することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１） 上記実施形態において、画像パラメータｍａｘ２を決定するための第１定数ｋ及
び第２定数ｊは、予め画像パラメータ抽出部２に設定されているものでも良いし、本液晶プロジェクタに設けられた操作パネル等をユーザが操作することによって所望の値に調整できるようにしても良い。

（２） 上記実施形態において、画像パラメータｍａｘ２を決定するために最大階調値ｍ
ａｘ１を第１定数ｋで乗算して第２定数ｊを加算したが、これに限らず、最大階調値ｍ
ａｘ１を第１定数ｋで乗算した結果から第２定数ｊを減算しても良い。また、第２定数ｊを用いずに最大階調値ｍａｘ１を第１定数ｋで乗算した結果のみを画像パラメータｍａｘ２として決定しても良いし、第１定数ｋを用いずに最大階調値ｍａｘ１に第２定数ｊを加算若しくは減算した結果のみを画像パラメータｍａｘ２として決定しても良い。

（３） 上記実施形態では、デジタル画像信号の任意の１フレームにおける入力階調値の
ヒストグラムを作成し、最大階調値ｍａｘ１から出現数について一定の割合（１％以内）となる階調値をｈｉｓ１（動画の場合）またはｈｉｓ２（静止画の場合）と設定したが、これに限らず、出現数の平均値を求め、当該平均値に該当する階調値をｈｉｓ１またはｈｉｓ２と設定しても良い。

（４） 上記実施形態では、静止画の場合には、伸張処理後の出力階調値が出力可能な最
大階調値を越える（白とびを生じる）ような画素数が規定量以内であれば、画像全体の印象として違和感を生じさせることはないとして、出力可能な最大階調値を越えるような画素数が規定量以内となるように画像パラメータを決定したが、これに限らず、動画の場合と同様に、伸張処理後の出力階調値が出力可能な最大階調値を越えないように画像パラメータを決定しても良い。また、動画の場合でも、静止画の場合と同様に、伸張処理後の出力階調値が出力可能な最大階調値を越えるような画素数が規定量以内となるように画像パラメータを決定しても良い。上記実施形態はあくまで動画、静止画における好例であり、画像の種類によっては適宜変更可能である。

（５）上記実施形態では、調光素子２６として液晶パネルを用いたものを例示したが、これに限らず、例えば機械式のシャッター等でも良い。また、本発明の技術範囲はこのような調光手段に限定されず、例えば高圧水銀ランプやＬＥＤ（発光ダイオード）などの光源の出力強度を直接的に変化させる調光手段を用いたプロジェクタに対して本発明を適用することも可能である。

（６）上記実施形態では、液晶プロジェクタとして透過型の液晶装置を光変調手段として用いたものを例示した。しかし、本発明の技術範囲はこのような透過型のものに限定されず、例えばＬＣＯＳ等の反射型のプロジェクタ、或いは、ＭＥＭＳ技術に基づくミラー方式の空間光変調器を用いたプロジェクタに対して本発明を適用することも可能である。

本発明の一実施形態に係る液晶プロジェクタの概略構成図である。 本発明の一実施形態における液晶プロジェクタの駆動回路の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態におけるデジタル画像信号に含まれる階調値のヒストグラムについての第１説明図である。 本発明の一実施形態における調光制御部６に記憶されているＬＵＴの説明図である。 本発明の一実施形態におけるデジタル画像信号に含まれる階調値のヒストグラムについての第２説明図である。 本発明の一実施形態における伸張処理方法を示す第１説明図である。 本発明の一実施形態における伸張処理方法を示す第２説明図である。

符号の説明

１…Ａ／Ｄコンバータ、２…画像パラメータ抽出部、３…伸張処理部、４…Ｄ／Ａコンバータ、５…ライトバルブドライバ、６…調光制御部、７…調光素子ドライバ、２６…調光素子、５１０…光源、５１１…ランプ、５１２…リフレクタ、５１３、５１４…ダイクロイックミラー、５１５、５１６、５１７…反射ミラー、５１８、５１９、５２０…リレーレンズ、５２２…赤色光用液晶ライトバルブ、５２３…緑色光用液晶ライトバルブ、５２４…青色光用液晶ライトバルブ、５２５…クロスダイクロイックプリズム、５２６…投射レンズ系

Claims (5)

1. 照明光の調光処理と画像信号の階調値の伸張処理とによって表示画像を調整する画像表示装置であって、
   前記表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータを前記画像信号から所定の時間間隔毎に算出する画像パラメータ抽出手段と、
   前記画像パラメータ抽出手段によって算出された前記画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を制御する調光制御手段と、
   前記画像パラメータ抽出手段によって算出された前記画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う伸張処理手段とを備え、
   前記画像パラメータ抽出手段は、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる最大階調値以上、且つ出力可能な最大階調値以下となる階調値を前記画像パラメータとして算出するに当たって、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる最大階調値に第１定数を乗算し、第２定数を加算することで前記画像パラメータを算出することを特徴とする画像表示装置。
2. 照明光の調光処理と画像信号の階調値の伸張処理とによって表示画像を調整する画像表示装置であって、
   前記表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータを前記画像信号から所定の時間間隔毎に算出する画像パラメータ抽出手段と、
   前記画像パラメータ抽出手段によって算出された前記画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を制御する調光制御手段と、
   前記画像パラメータ抽出手段によって算出された前記画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う伸張処理手段とを備え、
   前記画像パラメータ抽出手段は、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる最大階調値以上、且つ出力可能な最大階調値以下となる階調値を前記画像パラメータとして算出するに当たって、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる階調値に関するヒストグラムによって検出される最大階調値から出現頻度について一定の割合となる階調値に第１定数を乗算し、第２定数を加算することで前記画像パラメータを算出することを特徴とする画像表示装置。
3. 前記一定の割合は、１％以下であることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
4. 前記第１定数及び第２定数は、前記画像パラメータが出力可能な最大階調値を越えないように設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
5. 照明光の調光処理と画像信号の階調値の伸張処理とによって表示画像を調整する画像表示方法であって、
   前記表示画像の明るさを特徴づける画像パラメータを前記画像信号から所定の時間間隔毎に算出する第１ステップと、
   前記第１ステップにおいて算出された前記画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を制御する第２ステップと、
   前記第１ステップにおいて算出された前記画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う第３ステップとを有し、
   前記第１ステップでは、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる最大階調値以上、且つ出力可能な最大階調値以下となる階調値を前記画像パラメータとして算出するに当たって、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる最大階調値に前記第１定数を乗算し、前記第２定数を加算することで前記画像パラメータを算出する、または、前記画像信号における任意の１フレームに含まれる階調値に関するヒストグラムによって検出される最大階調値から出現頻度について一定の割合となる階調値に第１定数を乗算し、第２定数を加算することで前記画像パラメータを算出することを特徴とする画像表示方法。

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