JP5113940B2 - 画像処理装置、画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置と画像表示装置に関する。

近年、例えば液晶表示装置のような、光源と、光源からの光強度を変調する光変調素子とを備えた画像表示装置が広く普及している。しかし、従来の画像表示装置では、光変調素子が理想的な変調特性を有していないため、特に黒を表示した際に、光変調素子からの光漏れに起因するコントラスト低下が生じていた。さらに、黒を表示する際にも、光源が発光しているため、消費電力の削減が困難であった。

このコントラスト低下を抑制するために、入力画像に応じて光源の輝度変調と、入力画像の各画素の階調の変換（すなわち、ガンマ変換）を合わせて行う従来技術が提案されている。上記のいずれの従来技術も、入力画像に応じて、光源輝度と入力画像に対する階調変換を制御することにより、一定の光源輝度による画像表示装置に比べ、コントラストを増加させることが可能であり、また、入力画像に応じてバックライト輝度を低下させることができるため、消費電力を削減することが可能である。

しかし、明るい画像が継続して表示された場合、光源が高い輝度で発光し続けることとなり、その結果、光源の劣化が進行したり、光源の温度が上昇してしまい、光源の短寿命化という問題を引き起こす。

上記と同様の課題がある自発光表示装置であるプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）や有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＯＬＥＤ）では、例えば、入力映像の静止画検出を行い、所定期間以上静止画が継続して表示された場合に、表示画像のコントラストを小さくする等の処理を行い、画像を表示する蛍光体の劣化を防止している（特許文献１、特許文献２）。

特開２００８−７０６８３号公報 特開２００７−２２８４７４号公報

光源の劣化は、強い発光状態が長時間継続した場合に問題となるため、静止画を検出する従来手法では、光源の発光状況によらず、一定期間静止画が継続した場合に、光源の輝度を低下させることになるため、過剰に光源輝度が低下し、画面輝度が低下するといった画質劣化が発生する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光源輝度が高い状態で発光を長時間継続した場合の、光源の劣化、温度上昇を可及的に抑制する画像処理装置及び当該画像処理装置を搭載した画像表示装置を提供する。

本発明の一態様による画像表示装置は、光を射出するバックライトと、前記バックライトからの光を変調することで画像を表示領域において表示する液晶パネルと、を有する画像表示装置であって、入力画像の画素値に基づき、前記バックライトが射出する光の光源輝度を算出する光源輝度算出部と、前記光源輝度に基づいて、前記入力画像の階調を変換した変換画像を得る階調変換部と、前記入力画像よりも表示時刻が前である任意の期間の画像を表示させる際の光源輝度の和によって累積発光量を算出する累積発光量算出部と、前記累積発光量と予め定められた基準発光量とを比較する比較部と、前記累積発光量と前記基準発光量の差が基準よりも小さい場合に、前記光源輝度が小さくなるよう補正した補正光源輝度を求める光源輝度補正部と、前記変換画像を前記液晶パネルに書き込むよう制御し、前記バックライトを前記補正光源輝度に基づいて発光させるよう制御する制御部と、を備える。

また、本発明の一態様による画像処理装置は、光を射出するバックライトと、前記バックライトからの光を変調することで画像を表示領域において表示する液晶パネルと、を有する画像表示装置を制御する画像処理装置であって、入力画像の画素値に基づき、前記バックライトが射出する光の光源輝度を算出する光源輝度算出部と、前記光源輝度に基づいて、前記入力画像の階調を変換した変換画像を得る階調変換部と、前記入力画像よりも表示時刻が前である任意の期間の画像を表示させる際の光源輝度の和によって累積発光量を算出する累積発光量算出部と、前記累積発光量と予め定められた基準発光量とを比較する比較部と、前記累積発光量と前記基準発光量の差が基準よりも小さい場合に、前記光源輝度が小さくなるよう補正した補正光源輝度を求める光源輝度補正部と、前記変換画像を前記液晶パネルに書き込むよう制御し、前記バックライトを前記補正光源輝度に基づいて発光させるよう制御する制御部と、を備えることを特徴とする画像処理装置。

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本発明によれば、光源輝度が高い状態で発光を長時間継続した場合の、光源の劣化、温度上昇を可及的に抑制する画像処理装置及び当該画像処理装置を搭載した画像表示装置を提供することができる。

実施例１の画像表示装置の構成を示す図。 実施例１の画像表示装置の動作を示す図。 実施例１の光源輝度制御部の構成を示す図。 実施例１の光源輝度制御部の動作を示す図。 差分値と光源輝度補正係数との関係を示す図。 光源輝度算出部で算出される光源輝度と、補正光源輝度の時間変化を示す図。 基準発光量を０．７と設定し光源輝度を補正した場合の、累積発光量の例を示す図。 実施例２の画像表示装置の構成を示す図。 実施例２の画像表示装置の動作を示す図。 （ａ）光源の配置例を示す図。（ｂ）図１０（ａ）の配置例の場合に、照明領域を設定する方法を説明する図。 輝度分布を説明する図。 実施例２の光源輝度分布算出部の構成を示す図。 実施例２の光源輝度制御部の構成を示す図。 実施例２の光源輝度制御部の変形例の構成を示す図。

図面を参照して、本発明の実施例を説明する。なお、互いに同様の動作をする構成や処理には共通の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施例では、液晶表示を行う画像表示装置１００について例示して説明する。

図１は、本実施例の画像表示装置１００の構成を示す図である。本実施例の画像表示装置１００は、画像処理部１１０と、表示部１２０を有する。画像処理部１１０は、表示部１２０の制御を行う。画像処理部１１０は、光源輝度算出部１１１、階調変換部１１２、光源輝度制御部１１３、タイミング制御部１１４を有する。また、表示部１２０は、バックライト１２２と、バックライト１２２の前面に配され、バックライト１２２が射出する光を変調することで、表示領域において映像を表示する液晶パネル１２１を有する。

入力画像は、光源輝度算出部１１１と階調変換部１１２に入力される。光源輝度算出部１１１は、入力画像に基づき、バックライト１２２の発光輝度を示す光源輝度信号を算出する。光源輝度信号は、光源輝度制御部１１３と階調変換部１１２へ送られる。階調変換部１１２は、光源輝度信号に基づき、入力画像の各画素の階調の変換を行い、変換画像を求める。光源輝度制御部１１３は、光源の劣化、温度上昇が問題とならないよう補正した補正光源輝度を求める。タイミング制御部１１４は、液晶パネル１２１とバックライト１２２への信号の出力タイミングの同期を取りながら、液晶パネル１２１に変換画像を送り、バックライト１２２へ光源制御信号を出力する。これによって、タイミング制御部１１４は、変換画像を液晶パネル１２１に書き込むよう制御し、バックライト１２２を補正光源輝度に基づいて発光させるよう制御する。表示部１２０では、変換画像が液晶パネル１２１に書き込まれると共に、光源制御信号に基づいてバックライト１２２が発光される。以上の処理により、画像表示装置１００は画像を表示する。

次に各部の動作の詳細を説明する。
図２は、本実施例の画像表示装置１００の動作を説明する図である。
光源輝度算出部１１１は、入力画像から、バックライト１２２に設定する光源輝度を求める（Ｓ１１）。光源輝度を求める方法は、種々の方法であって構わない。本実施例では、入力画像の階調値のうち最大値を検出し、最大値に基づき光源輝度を算出する構成について例示する。まず、１フレームの入力画像から、最大階調を検出する。次に、検出された最大階調から最大輝度値を算出する。例えば、入力画像が８ビット（０階調から２５５階調）で表現される画像の場合、最大階調Ｌ_ｍａｘから最大輝度ｌ_ｍａｘは、数１により解析的に求めることができる。

ここで、γは液晶パネル１２１のガンマ値を表しており、２．２を値として設定するのが一般的である。なお、このとき最大輝度は、０から１の相対的な値となる。例えば、最大階調が２０２階調だった場合、最大輝度は約０．６となる。すなわち、０．６より高い輝度を表示部１２０に表示する必要は無い。そこで、バックライト輝度を０．６に設定する。なお、本実施例では、数１を用いてバックライト輝度を算出する構成としたが、例えば、最大階調とバックライト輝度の関係を予め求めて生成したルックアップテーブルをＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に保持させる構成であっても構わない。その場合、入力画像から最大階調を検出した後、検出された最大階調で、ルックアップテーブルを参照することで、バックライト輝度を求める。以上の処理により求められた、バックライト輝度を示す光源輝度信号は、光源輝度算出部１１１より階調変換部１１２及び光源輝度制御部１１３へ送られる。

階調変換部１１２は、光源輝度信号に基づき、入力画像に対し階調変換を行い、変換画像を出力する（Ｓ１２）。階調変換方法は、種々の方法であって構わない。本実施例では、バックライト輝度の低下に基づく、画面輝度の低下を補うよう、液晶パネル１２１に書き込む入力画像にゲインを与える例について述べる。入力画像に与えるゲインＧは、数２により求められる。

すなわち、バックライト輝度が０．６と設定された場合、ゲインは約１．７となる。そして、求められたゲインに基づき、数３により、階調変換を行う。

ここで、Ｌ_ｉｎ（ｘ、ｙ）は、入力画像の水平位置ｘ、垂直位置ｙの画素の階調を表しており、Ｌ_ｏｕｔ（ｘ、ｙ）は、変換画像の水平位置ｘ、垂直位置ｙの画素の階調を表している。なお、本実施例では、数２、数３を用いて階調変換を行う構成としたが、例えば、光源輝度と入力画像に乗算するゲイン（数３のＧ^１／γ）の関係を予め求めて生成したルックアップテーブルをＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に保持しておく構成であっても構わない。その場合、光源輝度の値で、ルックアップテーブルを参照することで、入力映像信号に乗算するゲインを求め、数３の演算を行う。
以上の処理により求められた変換画像は、階調変換部１１２よりタイミング制御部１１４へ送られる。
光源輝度制御部１１３は、光源輝度算出部１１１で算出された光源輝度信号から、光源の劣化、温度上昇を予測し、劣化、温度上昇が問題とならないよう、光源輝度を補正した補正光源輝度を求める（Ｓ１３）。Ｓ１３で行う処理の詳細については、後述する。

タイミング制御部１１４は、変換画像の液晶パネル１２１への書き込みタイミングと、補正光源輝度をバックライト１２２に適用するタイミングの制御を行う（Ｓ１４）。タイミング制御部１１４は、液晶パネル１２１を駆動するために必要となるいくつかの同期信号（水平同期信号、垂直同期信号等）を生成する。変換画像は、タイミング制御部１１４で生成した液晶パネル１２１を駆動するために必要となるいくつかの同期信号（水平同期信号、垂直同期信号等）と共に、液晶パネル１２１へ送られる。更に、タイミング制御部１１４は、液晶パネル１２１への変換画像の出力と同時にバックライト１２２の光源を補正光源輝度で点灯させるための光源制御信号を生成し、バックライト１２２へ送る。光源制御信号は、バックライト１２２に設置されている光源の種類により異なる構成となる。一般に液晶表示装置のバックライト１２２の光源として、冷陰極管や発光ダイオード（ＬＥＤ）等が用いられている。これらは、印加する電圧や電流を制御することにより、その輝度を変調することが可能である。ただし、一般的には、発光と非発光の期間を高速に切り替えることにより輝度を変調するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御が用いられる。本実施例では、比較的発光強度の制御が容易であるＬＥＤ光源をバックライト１２２の光源として用い、ＬＥＤ光源をＰＷＭ制御により輝度変調する構成とした。よって、タイミング制御部１１４からは、補正光源輝度に基づいてＰＷＭ制御により輝度変調させる光源制御信号をバックライト１２２へ送る。

表示部１２０では、タイミング制御部１１４より送られた変換画像が液晶パネル１２１（光変調素子）に書き込まれ、同じくタイミング制御部１１４より送られた光源制御信号に基づいてバックライト１２２が点灯される（Ｓ１５）。なお、上述の通り、本実施例では、バックライト１２２の光源としてＬＥＤ光源を用いている。

次に、光源輝度制御部１１３が補正光源輝度を算出する方法について詳述する。
図３は、本実施例における光源輝度制御部１１３の構成を示す図である。光源輝度制御部１１３は、累積発光量算出部１１３１、差分算出部１１３２、光源輝度補正部１１３３を備える。累積発光量算出部１１３１は、所定期間の光源輝度の累積発光量を算出し、累積発光量を差分算出部１１３２へ送る。差分算出部１１３２は、累積発光量と予め定められた基準発光量とを比較する。具体的には、差分算出部１１３２は、累積発光量と基準発光量の差分値を算出し、光源輝度補正部１１３３に送る。光源輝度補正部１１３３は、差分値に基づいて、光源輝度を補正した補正光源輝度を求め、タイミング制御部１１４へ送る。

次に、光源輝度制御部１１３の各部の動作を詳細に説明する。
図４は、光源輝度制御部１１３が補正光源輝度を算出する動作（Ｓ１３）の詳細を示す図である。
累積発光量算出部１１３１は、光源輝度の累積発光量を算出する（Ｓ１３１）。累積発光量の算出方法として、単位時間あたりの光源輝度を加算するような、光源輝度に移動平均フィルタを掛ける方法がある。しかし、移動平均フィルタを使う場合、単位時間分の光源輝度を保持する必要があり、メモリー量が増加してしまう。そこで、本実施例では、累積発光量を無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタで求める構成とした。ＩＩＲフィルタによる累積発光量は、数４により求められる。

ここで、Ｉ（ｔ）は、時刻ｔにおける光源輝度算出部１１１で算出された光源輝度、Ｆ（ｔ）は、時刻ｔにおける累積発光量、αはＩＩＲフィルタの特性を決める係数を表している。αが大きいとは、移動平均を求める単位時間が短い場合に相当する。数４により求められた累積発光量を、差分算出部１１３２へ送る。

差分算出部１１３２は、予め設定された基準発光量と、累累積発光量算出部１１３１で算出された累積発光量の差分を求める（Ｓ１３２）。差分値は、数５により求められる。

ここで、ΔＩ（ｔ）は、時刻ｔにおける差分値、Ｉ_ｂは基準発光量を表している。基準発光量は、基準発光量の光源輝度で光源を長時間発光させても劣化や温度が問題にならない光源輝度を設定する。算出された差分値は、光源輝度補正部１１３３に送られる。

光源輝度補正部１１３３では、差分算出部１１３２で算出された差分値に基づいて光源輝度を補正した補正光源輝度を求める（Ｓ１３３）。光源輝度の補正方法は様々に考えられるが、本実施例では、差分値が小さくなるほど値が小さくなるような光源輝度補正係数を求め、光源輝度に光源輝度補正係数を乗算することで、補正光源輝度を求める構成とした。具体的な処理の流れを以下に説明する。

まず、差分値に基づき、光源輝度補正係数を数６により算出する。

ここで、Ｇ_ｃは、光源輝度補正係数、Ｇ_ｍｉｎは、光源輝度補正係数の最小値、ΔＩ_ｔｈは、光源輝度の補正を開始する閾値を表し、ｍｉｎ（ｘ、ｙ）は、ｘ、ｙの小さい値を返す関数である。数６の関係を、図５に示す。

図５は、差分値と光源輝度補正係数との関係を示す図である。横軸が差分値ΔＩ（ｔ）、縦軸が光源輝度補正係数Ｇ_ｃを表している。光源輝度補正係数は、差分値が大きい場合１．０で、差分値が閾値ΔＩ_ｔｈ以下になると、１．０未満の値となり、差分値が０でＧ_ｍｉｎとなる。Ｇ_ｍｉｎは、光源輝度が最大値であっても、補正光源輝度が基準発光量の光源輝度以下となるよう設定する。すなわち、どのような光源輝度でも、光源輝度補正係数がＧ_ｍｉｎの場合に求められる補正光源輝度で光源を長時間発光させても劣化や温度が問題にならないように、Ｇ_ｍｉｎを設定する。なお、ここでは、d数６により光源輝度補正係数を求める構成としたが、その他の構成として以下のような構成とすることもできる。予め数６により、ΔＩ（ｔ）とＧ_ｃの関係を求めておき、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に保持しておく。そして、差分値によりＬＵＴを参照し、対応する光源輝度補正係数を求める構成であってもよい。

数６により求められた光源輝度補正係数を用いて、光源輝度を数７により補正する。

ここで、Ｉ´（ｔ）は、補正光源輝度を表している。

以下に、光源輝度制御部１１３での、光源輝度、補正光源輝度、累積発光量の時間的な変化を説明する。図６に、光源輝度算出部１１１で算出される光源輝度と、補正光源輝度の時間変化を示す。図６は、光源輝度が時刻ｔ_ａで、０．３３から１．０に変化した場合（図６の破線）を示している。図７は、光源輝度の時間変化が図６の場合における累積発光量の時間変化を示している。光源輝度の補正を行わない場合、累積発光量は、図７の破線で示すように、時刻ｔ_ａから、徐々に増加し、光源輝度１．０へ近づいていく。このとき、基準発光量を図７に示すように０．７と設定し、上記のような光源輝度の補正を行うと、まず、基準発光量と累積発光量の差分値が、閾値ΔＩ_ｔｈより小さくなると、図５に示すように、光源輝度補正係数が小さい値となり、その結果、図６の実線で示すように補正光源輝度が１．０より小さい値に補正される。そのため、累積発光量の増加は、図７の実線で示すように小さくなり、基準発光量へ収束していく。つまり、光源輝度が、劣化や温度が問題とならない輝度に補正される。
上記のように求められた補正光源輝度を、タイミング制御部１１４へ送り、Ｓ１３の処理を終了する。

本実施例によれば、ＣＲＴのような高ダイナミックレンジな表示を、消費電力の増加を可及的に抑制しながら、小さい回路規模で実現する画像処理装置及び当該画像処理装置を搭載した画像表示装置を提供することができる。また、本実施例によれば、光源輝度が高い状態で発光を長時間継続した場合の、光源の劣化、温度上昇を可及的に抑制する画像処理装置及び当該画像処理装置を搭載した画像表示装置を提供することができる。

図８は、本実施例の画像表示装置２００の構成を示す図である。画像表示装置２００は、画像処理部２１０、表示部２２０を有する。画像処理部２１０は、表示部２２０の制御を行う。
画像処理部２１０は、光源輝度算出部２１１、階調変換部２１２、光源輝度分布算出部２３０、光源輝度制御部２１３、タイミング制御部２１４を有する。表示部２２０は、バックライト２２２と、バックライト２２２の前面に配され、バックライト２２２が射出する光を変調する液晶パネル１２１を有する。バックライト２２２は、それぞれの発光輝度を制御可能な複数の光源２２３を備える。

光源輝度算出部１１１は、光源２２３の空間的な配置に基づいて液晶パネル１２１の表示領域を仮想的に分割した照明領域における入力画像の画素値に基づいて、光源２２３毎に光源輝度を算出する。光源輝度は、光源輝度分布算出部２３０、光源輝度制御部２１３に送られる。光源輝度分布算出部２３０は、バックライト２２２の光源２２３の１つが単独で発光した場合の発光輝度分布形状に基づき、光源輝度算出部１１１が算出した光源輝度で複数の光源が発光した場合のバックライト輝度の分布を算出する。算出された光源輝度分布は、階調変換部２１２に入力される。階調変換部２１２は、光源輝度分布に基づき、入力画像の各画素の階調の変換を行い、変換画像を求める。光源輝度制御部２１３は、光源２２３の劣化、温度上昇が問題とならないようの各光源輝度を補正し、補正光源輝度を求める。タイミング制御部２１４は、液晶パネル１２１とバックライト２２２への信号の出力タイミングの同期を取りながら、液晶パネル１２１に変換画像を送り、バックライト２２２へ光源制御信号を出力する。表示部２２０は、変換画像を液晶パネル１２１へ書き込むと共に、光源制御信号に基づいてバックライト２２２を発光させることにより、画像を表示する。

以下に、各部の動作を詳細に説明する。
図９は、本実施例の画像表示装置２００の動作を説明する図である。
光源輝度算出部２１１は、バックライトの複数の各光源の光源輝度を算出する（Ｓ３１）。本実施例では、光源２２３の空間的な配置に基づいて液晶パネル１２１の表示領域を仮想的に分割した照明領域における入力画像の画素値に基づいて、光源２２３毎に光源輝度を算出する。図１０（ａ）は、光源２２３の配置の例を示す図である。図１０（ａ）は、光源２２３が水平方向に５つ、垂直方向に４つ設置された構造のバックライト２２３の例を示している。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の配置のバックライト２２３の場合の、照明領域の設定方法の例を示す図である。入力画像を各光源２２３に対応するよう５×４の領域に分割した照明領域毎に、入力画像の最大階調を算出する。そして、照明領域毎に算出された最大階調に基づき、各照明領域に対応する各光源の光源輝度を算出する。例えば、入力画像が８ビット（０階調から２５５階調）で表現される画像の場合、第ｉ番目の照明領域の最大値をＬ_ｍａｘ（ｉ）とすると、光源輝度は数８により算出される。

ここで、γはガンマ値であり、一般に２．２が用いられ、Ｉ（ｉ）は、第ｉ番目の光源輝度である。なお、光源輝度は数８による演算で求めることもできるが、予め、Ｌ_ｍａｘとＩの関係を求めておき、その関係をＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成されたルックアップテーブル（ＬＵＴ）に保持しておき、Ｌ_ｍａｘを求めた後、Ｌ_ｍａｘの値でＬＵＴを参照することで、光源輝度Ｉを求める構成としても良い。なお、本実施例では、１つの照明領域毎に１つの光源が対応する構成としているが、例えば、１つの照明領域に複数の光源が対応する構成としてもよい。また、入力画像の各照明領域を図１０に示すように光源数で均等に分割する以外にも、各照明領域の一部が重なるように入力画像に照明領域を設定し、入力画像の最大階調を算出する構成とすることもできる。算出された各光源の光源輝度は、光源輝度分布算出部２３０、及び、光源輝度制御部２１３に送られる。

光源輝度分布算出部２３０では、各光源の光源輝度に基づいて、実際のバックライトの輝度分布を算出する（Ｓ３２）。
図１１は、輝度分布を説明する図である。説明を簡単にするために、１次元で輝度分布を表現しており、横軸が位置、縦軸が輝度を示している。図１１（ａ）はバックライト２２２の複数の光源２２３のうち１つの光源２２３１が発光した場合の輝度分布を示す。図１１（ａ）の下部に示す位置に光源２２３が設置されており、中央の１つの光源２２３１のみが点灯した場合の輝度分布を示している。図１１（ａ）から分かるように、光源２２３１が発光した場合の輝度分布は近傍の光源位置まで広がりを持つ。そのため、階調変換部２１２でバックライト輝度に基づく階調変換を行うために、バックライト２２２の複数の光源２２３毎の光源輝度に基づく図１１（ａ）に示す発光輝度分布を足し合わせる必要がある。図１１（ｂ）に、複数の光源２２３が点灯した場合の、光源（バックライト）輝度分布の様子を模式的に示す。図１１（ｂ）の下部に示された位置の光源が点灯することにより、各光源２２３は図１１（ｂ）破線で示すような輝度分布をもつ。これら破線で示した各光源２２３の輝度分布を足し合わせ、光源輝度分布を算出する。光源輝度分布の算出結果を、図１１（ｂ）の実線で示す。図１１（ａ）に示した光源２２３１の輝度分布は、実測した値を光源からの距離に関する近似関数を求め、光源輝度分布算出部２３０に保持する構成としても良い。本実施例では、図１１（ａ）に示すような光源の輝度分布を、光源からの距離と輝度との関係を求め、ＬＵＴ２３２としてＲＯＭに保持する構成とする。

図１２に、本実施例の光源輝度分布算出部２３０の構成を示す。複数の光源２２３毎に算出された光源輝度は、光源輝度分布取得部２３１に入力される。光源輝度分布取得部２３１では、ＬＵＴ２３２より各光源の輝度分布を取得し、出力光源輝度を掛け合わせることで、図１１（ｂ）の破線で示すような光源２２３毎の輝度分布を求める。次に、輝度分布合成部２３３で、各光源の輝度分布を足し合わせる。以上の構成で、図１１（ｂ）の実線で示すような各光源の輝度分布を足し合わせた光源輝度分布を階調変換部２１２へ送る。

階調変換部２１２は、光源輝度分布に基づき、入力画像の各画素の階調値を変換する（Ｓ３３）。
光源輝度算出部２１１により算出された光源輝度は、輝度が低下しているため、所望の明るさを得るためには、液晶パネル１２１の透過率、すなわち、階調値を変換する必要がある。入力画像の位置（ｘ、ｙ）の赤、緑、青のサブ画素の階調値を、それぞれ、Ｌ_Ｒ（ｘ、ｙ）、Ｌ_Ｇ（ｘ、ｙ）、Ｌ_Ｂ（ｘ、ｙ）とすると、階調変換後の赤、緑、青のサブ画素の階調値は、以下のように算出される。

ここで、Ｉ_ｄ（ｘ、ｙ）は、入力画像の位置（ｘ、ｙ）における光源輝度分布算出部２３０で算出されたバックライトの輝度である。なお、階調変換後の階調値は、数９により演算により求めても良い。本実施例では、階調値Ｌ、光源輝度分布Ｉ_ｄと変換後の階調値Ｌ´の関係を保持したＬＵＴを用意し、入力画像の階調値Ｌ（ｘ、ｙ）と光源輝度分布Ｉ_ｄ（ｘ、ｙ）によりＬＵＴを参照することで、変換後の階調値Ｌ´（ｘ、ｙ）を求める構成とした。更に、数９では、階調値Ｌと光源輝度分布Ｉ_ｄの値により、変換後の階調値Ｌ´が液晶パネル１２１の最大階調値である２５５を超える場合が発生する。そのような場合は、例えば、変換後の階調値を２５５で飽和処理する構成としても良い。しかしながら、飽和処理された階調値に、階調つぶれが発生してしまう。そこで、その他の構成例として、ＬＵＴに保持する変化後の階調値を、飽和する階調値近傍ではなだらかに変化するよう補正すればよい。

なお、光源輝度算出部２１１、及び、光源輝度分布算出部２３０で１フレームの入力画像の全ての階調値を用いて光源輝度分布を算出している。そのため、階調変換部２１２に入力画像が入力されるタイミングでは、その入力画像に対応する光源輝度分布は算出されていない。そのため、階調変換部２１２はフレームメモリを備え、一旦、入力画像をフレームメモリに保持し、１フレーム期間遅延させた後に、光源輝度分布に基づき変換画像を生成する。しかし、一般に、入力画像は時間的にある程度連続したものであるため、例えば、現在の入力画像を、１フレーム前の入力画像により求められた光源輝度分布に基づき変換画像を生成する構成としても良い。この場合、階調変換部２１２で入力画像を１フレーム期間遅延させる必要が無くなるため、フレームメモリを搭載する必要が無くなり、回路規模を削減することが可能となる。

光源輝度制御部２１３は、光源輝度算出部２１１で算出された複数の各光源の光源輝度信号から、光源の劣化、温度上昇を予測し、劣化、温度上昇が問題とならないよう、複数の各光源の補正光源輝度を求めて出力する（Ｓ３４）。Ｓ３４で行う処理の詳細については、後述する。

タイミング制御部２１４は、変換画像の液晶パネル１２１への書き込みタイミングと、複数の光源毎の補正光源輝度をバックライトに適用するタイミングの制御を行う（Ｓ３５）。

入力された変換画像は、タイミング制御部２１４で生成された液晶パネル１２１を駆動するために必要となるいくつかの同期信号（水平同期信号、垂直同期信号等）と共に液晶パネル１２１へ送られる。同時に補正光源輝度に基づくバックライト２２２の各光源２２３を所望の輝度で点灯させるための光源制御信号を生成し、バックライト２２２へ送出する。

表示部２２０は、タイミング制御部２１４より送られた変換画像を液晶パネル１２１（光変調素子）に書き込み、同じくタイミング制御部２１４より送られた光源制御信号に基づいてバックライト２２２を点灯させる（Ｓ３６）。

次に、光源輝度制御部２１３が補正光源輝度を算出する方法について詳述する。なお、フローチャートについては省略する。
図１３は、光源輝度制御部２１３の構成を示す図である。光源輝度制御部２１３は、累積発光量算出部２１３１、累積発光量最大値算出部２１３２、差分算出部２１３３、光源輝度補正部２１３４を有する。

基本的な構成は、第１の実施例と同様である。累積発光量算出部２１３１は、複数の各光源の累積発光量を算出する。次に累積発光量最大値算出部２１３２は、複数の各光源の累積発光量から最大となる値を示す最大累積発光量を求める。差分算出部２１３３は、最大累積発光量と予め定められた基準発光量とを比較する。具体的には、差分算出部２１３３は、最大累積発光量と基準発光量の差分を求める。以下に、各部について詳細に説明する。

累積発光量算出部２１３１は、複数の各光源の光源輝度の累積発光量を算出する。累積発光量の算出方法は、第１の実施例と同様に、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタで求める構成とした。ＩＩＲフィルタによる各光源の累積発光量は、数１０により求められる。

ここで、Ｉ（ｉ、ｔ）は、時刻ｔにおけるｉ番目の光源の光源輝度算出部２１１で算出された光源輝度、Ｆ（ｉ、ｔ）は、時刻ｔにおけるｉ番目の光源の累積発光量、αはＩＩＲフィルタの特性を決める係数を表している。数１０により求められた複数の各光源の累積発光量は、累積発光量最大値算出部２１３２へ送られる。

なお、上記では、各光源輝度を用いて、各光源の累積発光量を求める構成としたが、各光源の輝度と、その周辺の光源の輝度との畳み込み演算結果（重み付き線形和）を求めた後に、各光源の累積発光量を求める構成としても良い。これは、光源の温度変化は、累積発光量を求める対象となる光源の発光による温度変化に加え、その周辺の光源の発光による温度変化の影響を受けるためである。

図１４に、光源輝度畳み込み演算部２１３５を追加した場合の光源輝度制御部２１３の構成を示す。各光源の輝度は、まず、光源輝度畳み込み演算部２１３５に入力される。そして、ある光源が発光したときの周辺の光源への温度影響の大きさにより予め設定された係数を用いて、各光源輝度に対し畳み込み演算を行う。例えば、ある光源が消灯していても、周辺の光源が発光している場合、周辺光源の輝度の一部が処理対象の光源の輝度に加算されることになり、処理対象の光源が仮想的に発光していることになり、周辺の光源の発光による影響を考慮することができる。上記のように各光源輝度に対し畳み込み演算を行った後に、累積発光量を求める。

なお、畳み込み演算を行う光源の範囲は、処理対象の光源に対し温度影響を与える周辺の光源とすればよいが、その他の構成として、各光源を発光させるための駆動回路が同じ光源の範囲で、畳み込み演算を行う構成としてもよい。例えば、図１０の上段２列の光源が同一の駆動回路で発光し、下段２列の光源が同一の駆動回路で発光している場合、上段２列の各光源は、上段２列の光源の範囲で畳み込み演算を行い、下段２列の各光源は、下段２列の光源の範囲で畳み込み演算を行う構成とする。このような構成とすることで、駆動回路の温度上昇を抑制することができる。

累積発光量最大値算出部２１３２は、複数の各光源の累積発光量の最大値を示す最大累積発光量を求め、差分算出部２１３３へ送る。

差分算出部２１３３は、基準発光量と最大累積発光量の差分を示す差分値を算出し、光源輝度補正部２１３４へ送る。

光源輝度補正部２１３４は、第１の実施例と同様に、差分値に基づいて光源輝度補正係数を算出し、光源輝度補正係数を用いて複数の各光源の光源輝度を補正する。光源輝度の補正は、数１１のように算出される。

ここで、Ｉ´（ｉ、ｔ）は、ｉ番目の光源の補正光源輝度を表している。

上記のように求められた複数の各光源２２３の補正光源輝度は、タイミング制御部２１４へ送られる。

本実施例によれば、光源輝度が高い状態で発光を長時間継続した場合の、光源の劣化、温度上昇を可及的に抑制する画像処理装置及び当該画像処理装置を備えた画像表示装置を提供することができる。

以上、表示部の構成として液晶パネとバックライトとを組み合わせた透過型液晶表示装置における実施例について説明してきたが、本発明は、透過型液晶表示装置以外にも様々な表示部の構成に適応可能である。例えば、光を変調する液晶パネルと、ハロゲン光源等の光源を組み合わせた投射型の表示部にも適用可能である。また、光源部としてのハロゲン光源と、ハロゲン光源からの光の反射を制御することにより画像の表示を行うデジタルマイクロミラーデバイスを光変調素子として利用する投射型の表示部でも良い。

１００、２００…画像表示装置、
１１０、２１０…画像処理部、１１１、２１１…光源輝度算出部、１１２、２１２…階調変換部、１１３、２１３…光源輝度制御部、１１４、２１４…タイミング制御部
１２０、２２０…表示部、１２１…液晶パネル、１２２、２２２…バックライト、２２３、２２３１…光源
１１３１…累積発光量算出部、１１３２…差分算出部、１１３３…光源輝度補正部
２３０…光源輝度分布算出部
２３１…輝度分布取得部、２３２…ＬＵＴ、光源分布合成部２３３
２１３１…累積発光量算出部、２１３２…累積発光量最大値算出部、２１３３…差分算出部、２１３４…光源輝度補正部、２１３５…光源輝度畳み込み部

Claims (6)

1. 光を射出するバックライトと、
   前記バックライトからの光を変調することで画像を表示領域において表示する液晶パネルと、を有する画像表示装置であって、
   入力画像の画素値に基づき、前記バックライトが射出する光の光源輝度を算出する光源輝度算出部と、
   前記光源輝度に基づいて、前記入力画像の階調を変換した変換画像を得る階調変換部と、
   前記入力画像よりも表示時刻が前である任意の期間の画像を表示させる際の光源輝度の和によって累積発光量を算出する累積発光量算出部と、
   前記累積発光量と予め定められた基準発光量とを比較する比較部と、
   前記累積発光量と前記基準発光量の差が基準よりも小さい場合に、前記光源輝度が小さくなるよう補正した補正光源輝度を求める光源輝度補正部と、
   前記変換画像を前記液晶パネルに書き込むよう制御し、前記バックライトを前記補正光源輝度に基づいて発光させるよう制御する制御部と、
   を備える画像表示装置。
2. 前記比較部は、前記基準発光量と前記累積発光量の差分値を求め、
   前記光源輝度補正部は、前記累積発光量と前記基準発光量の差が基準よりも小さい場合に、前記差分値が小さいほど小さい値となる補正係数を求め、前記光源輝度に前記補正係数を乗算することで前記補正光源輝度を求める
   ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記バックライトは、それぞれに光の強度を制御可能な複数の光源を有し、
   前記光源輝度算出部は、前記複数の光源の空間的な配置に基づいて前記表示領域を仮想的に分割した照明領域における入力映像信号に基づいて、前記光源毎に前記光源輝度を算出し、
   前記階調変換部は、前記光源毎に算出された前記光源輝度に応じて前記入力画像の階調変換を行い、
   前記累積発光量算出部は、前記複数の光源毎に前記時間累積発光量を算出し、当該複数の光源毎の前記時間累積発光量の最大値を算出し、
   前記比較部は、前記累積発光量の最大値と前記基準発光量とを比較し、
   前記比較部により、前記累積発光量の最大値と前記基準発光量の差が基準よりも小さいと判断された場合に、前記複数の光源の前記光源輝度が小さい値となるよう補正する光源輝度補正部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
4. 前記累積発光量算出部は、累積発光量を算出する対象となる前記光源の前記光源輝度と、当該対象となる前記光源の周辺の光源の前記光源輝度の重み付き線形和を求め、前記線形和から前記累積を求めることを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
5. 前記累積発光量算出部は、前記光源輝度に無限インパルス応答フィルタを適用することで前記累積発光量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。
6. 光を射出するバックライトと、前記バックライトからの光を変調することで画像を表示領域において表示する液晶パネルと、を有する画像表示装置を制御する画像処理装置であって、
   入力画像の画素値に基づき、前記バックライトが射出する光の光源輝度を算出する光源輝度算出部と、
   前記光源輝度に基づいて、前記入力画像の階調を変換した変換画像を得る階調変換部と、
   前記入力画像よりも表示時刻が前である任意の期間の画像を表示させる際の光源輝度の和によって累積発光量を算出する累積発光量算出部と、
   前記累積発光量と予め定められた基準発光量とを比較する比較部と、
   前記累積発光量と前記基準発光量の差が基準よりも小さい場合に、前記光源輝度が小さくなるよう補正した補正光源輝度を求める光源輝度補正部と、
   前記変換画像を前記液晶パネルに書き込むよう制御し、前記バックライトを前記補正光源輝度に基づいて発光させるよう制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。

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