JP5125215B2 - 映像表示装置及び映像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、映像信号に応じて光源の光量を制御する映像表示装置及び映像表示方法に関し、特に光量制御と連動して映像信号を補正する映像表示装置及び映像表示方法に関する。

近年、映像表示装置として、従来主流であったブラウン管表示装置（ＣＲＴ）に代わり、プロジェクション表示装置、液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）などが主流となっている。この中で、プロジェクション表示装置は光変調素子に光を入射するための光源が必要であり、ＬＣＤはバックライトとなる光源が必要である。
一例として特開２００３−３６０６３号公報（特許文献１）には、光源を有する映像表示装置が記載されている。
特開２００３−３６０６３号公報

プロジェクション表示装置やＬＣＤは、光源を有する特性上、暗い映像において光源からの光が表示映像に漏れて、表示映像の黒が浮いてしまい、黒を表現しにくいという問題点がある。
そこで本発明は、表示映像の黒を本来の黒として表すことができ、コントラスト感のある映像を表示することができる映像表示装置及び映像表示方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために本発明は、次の（ａ）〜（ｈ）を提供するものである。
（ａ）入力された映像信号を表示する表示部（７，８）と、前記表示部に前記映像信号を表示するために用いる光を発生する光源（７１，８６）と、前記光源の光量を調整する光量調整部（７２，８２）と、前記映像信号の輝度信号成分に基づいて所定の時間単位毎に最小輝度から最大輝度までを複数階調に分割してそれぞれの階調の分布を示すヒストグラムデータを生成するヒストグラム生成部（２１）と、前記映像信号の入力階調に対する出力階調の特性を決める第１の階調補正データを保持する保持部（３１）と、前記ヒストグラムデータに基づいて前記所定の時間単位毎に全階調のヒストグラムデータの合計に対する黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合が大きくなるに従って、前記光源の光量を少なくするよう前記光量調整部を制御する光量制御部（３，７９，８２）と、前記映像信号における前記黒に相当する階調より大なる階調である中間階調領域における階調を上げるため前記第１の階調補正データに前記中間階調領域における前記階調毎に付加するためのデータであり、前記ヒストグラムデータに基づいて前記所定の時間単位毎に前記黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合及び全階調のヒストグラムデータの合計に対する前記中間階調領域における前記階調毎のヒストグラムデータの割合が大きくなるに従って大きくなる付加データを生成する付加データ生成部（３１）と、前記第１の階調補正データまたは前記第１の階調補正データに対して前記付加データが付加された第２の階調補正データに基づいて、前記映像信号の階調を補正する階調補正部（４２）とを備えることを特徴とする映像表示装置。
（ｂ）前記映像信号の輪郭強調を行うエンハンス処理部（４１、４１０）と、前記ヒストグラムデータに基づいて前記所定の時間単位毎に前記黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合が大きくなるに従って、前記映像信号に対する輪郭強調を増大させるよう前記エンハンス処理部を制御する制御部（３）とを備えることを特徴とする（ａ）記載の映像表示装置。
（ｃ）前記エンハンス処理部（４１０）は、輪郭強調した映像信号を前記階調補正部と前記ヒストグラム生成部とに供給することを特徴とする（ｂ）記載の映像表示装置。
（ｄ）前記付加データ生成部は、前記中間階調領域を含む階調領域において、前記付加データにおける隣接する階調の差分が予め定めた値以下となるよう前記付加データを生成することを特徴とする（ａ）ないし（ｃ）いずれか一項に記載の映像表示装置。
（ｅ）前記映像信号に基づいて入射される光を変調する光変調素子（７４）と、前記映像信号の白バランスを補正して前記光変調素子に供給する白バランス補正部（７８）とを有し、前記光源は前記光変調素子に入射する前記光を発生させ、前記光量調整部は前記光の量を調整するアイリス（７２）であり、前記白バランス補正部は、前記アイリスを通過する光の量に応じて白バランスを補正することを特徴とする（ａ）ないし（ｄ）いずれか一項に記載の映像表示装置。
（ｆ）前記表示部は液晶表示パネル（８５）を有し、前記光源は、前記液晶表示パネルに入射する光を発生させるバックライト（８６）であることを特徴とする（ａ）ないし（ｄ）いずれか一項に記載の映像表示装置。
（ｇ）表示部に表示する映像信号の輝度信号成分に基づいて、所定の時間単位毎に最小輝度から最大輝度までを複数階調に分割してそれぞれの階調の分布を示すヒストグラムデータを生成し、前記ヒストグラムデータに基づいて前記所定の時間単位毎に全階調のヒストグラムデータの合計に対する黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合及び全階調のヒストグラムデータの合計に対する前記黒に相当する階調より大なる中間階調領域における各階調のヒストグラムデータの割合を求め、前記黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合が大きくなるに従って、前記表示部に前記映像信号を表示するために用いる光を発生する光源から発せられる光量を少なくし、前記光源から発せられる光量を少なくするのに従って、前記映像信号における前記中間階調領域における前記各階調を前記黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合及び前記中間階調領域における前記各階調のヒストグラムデータの割合に基づいて上げるよう制御することを特徴とする映像表示方法。
（ｈ）前記光源から発せられる光量を少なくするのに従って、前記映像信号に対して施す輪郭強調の程度を増大させるよう制御することを特徴とする（ｇ）記載の映像表示方法。

本発明によれば、表示映像の黒の表現を豊かにし、コントラスト感のある映像を再現することができる。

＜第一実施形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第一実施形態である映像表示装置１０を示すブロック図である。映像表示装置１０は、プロジェクション表示装置である。映像表示装置１０は、映像特徴検出部２と、制御部（ＣＰＵ）３と、映像信号処理部４と、初期値設定部５と、Ｄ／Ａ変換部６と、表示部７とを備える。
映像表示装置１０に入力される入力映像信号（輝度信号Ｙ、色差信号Ｂ−Ｙ及びＲ−Ｙ）は、映像特徴検出部２と映像信号処理部４とに供給される。入力映像信号は、フィールド単位のインターレース信号でもフレーム単位のプログレッシブ信号でもよい。本実施形態では、プログレッシブ信号がフレーム単位で入力される。

映像特徴検出部２は、供給された入力映像信号の例えば１画面（１フレーム）ごとに映像の特徴を表すデータ（検出信号）を生成し、制御部３へ出力する。なお、１フレーム全ての画素に基づいて検出信号を生成する必要はなく、例えば画面の中央領域を含む所定の領域（検出枠）に含まれる画素に基づいて検出信号を生成してもよい。
本実施形態では、映像特徴検出部２はヒストグラム検出器２１を備え、ヒストグラムを示すデータを検出信号として出力する。ヒストグラム検出器２１は、入力映像信号の輝度信号成分Ｙ（入力輝度信号Ｙ）の階調を所定の時間単位毎（１フレーム毎）に最小輝度から最大輝度までを複数階調に分割して、各階調に存在する画素の数をカウントし、それぞれの階調の分布を示すヒストグラムデータを生成する。

制御部３は、映像特徴検出部２が発生した検出信号（ヒストグラムを示すデータ）に基づいて、後述する映像信号処理部４を制御するための制御データを生成する。また、検出信号と初期値設定部５より供給される初期設定値とに基づいて光源の光量を制御するための光量制御データを生成する。制御部３はＣＰＵにより構成され、映像表示装置１０全体の制御も行う。

映像信号処理部４は、エンハンス処理部４１と階調補正部４２とマトリクス変換部４３とを備える。映像信号処理部４は供給された入力映像信号に対して制御部３が生成した制御データに基づいて後述する補正を施して、補正した映像信号を表示部７へ供給する。映像信号処理部４において入力映像信号に対して施す補正は、後述する表示部７の光量制御に連動したものである。
エンハンス処理部４１は、入力映像信号に対して後述するエンハンス処理を行い、続く階調補正部４２は後述する階調補正を行う。補正された入力映像信号はマトリクス変換部４３に供給され、Ｒ、Ｇ、Ｂの出力映像信号に変換されて出力される。

初期値設定部５は、表示部７が備える光源の光量を設定するための初期設定値を保持している。初期設定値は光源の光量を設定するための値であり、例えば電流値である。あらかじめ映像表示装置１０の出荷時に、又は利用者のマニュアル操作などによって設定されている。

Ｄ／Ａ変換部６は、制御部３より出力された光量制御データをアナログ信号に変換し、表示部７へ出力する。表示部７は、光量制御データに基づく光量制御と映像信号処理部４から出力された映像信号の表示とを連動させる。

図２に表示部７のブロック図を示す。表示部７は、光源（ランプ）７１と色分解部７３と光変調素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂと色合成部７５と投射レンズ７６とスクリーン７７と素子駆動部７８と機械式のアイリス７２とアイリス駆動部７９とを備える。
光源７１は映像信号をスクリーン７７に表示するために用いる光を発生させる。光源７１から発生した光は、色分解部７３に入力される。色分解部７３は、光をＲ、Ｇ、Ｂの各光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢに分解し、各光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢを光変調素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂに供給する。
素子駆動部７８は制御部３より供給される制御データに基づいて、マトリクス変換部４３より出力されたＲ、Ｇ、Ｂの出力映像信号を後述のように補正して、補正映像信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢとして出力する。光変調素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４ＢはＬＲ、ＬＧ、ＬＢの各光を、素子駆動部７８から供給される補正映像信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢに応じてＬＲｍ、ＬＧｍ、ＬＢｍに変調し、色合成部７５に供給する。

色合成部７５においてＬＲｍ、ＬＧｍ、ＬＢｍが合成された光は、アイリス７２を介して、投射レンズ７６によりスクリーン７７に投射される。アイリス７２は、投射レンズ７６に入射する光を調整するものであり、図２に示した位置に限らず光源７１から発生した光が投射レンズ７６に入射するまでの間に位置していればよい。
色分解部７３は、ダイクロイックミラーや反射ミラー等からなり、色合成部７５は反射ミラーや合成プリズム等からなる。

映像特徴検出部２や映像信号処理部４は、画素の単位で、かつ比較的処理が単純な情報処理を行うため、一般的には高速処理が可能なハードウェアで実現される。一方、制御部３は、フレーム単位で、かつ複雑な演算処理で映像解析を行う必要があるので、一般的にはＣＰＵなどを用いたソフトウェアで実現される。

＜アイリス７２による光量調整＞
アイリス７２は、投射レンズ７６に入射する光の量を調整する光量調整部である。光の量はアイリス７２の開閉で調整され、アイリス７２の開閉はアイリス駆動部７９によって制御される。アイリス駆動部７９は制御部３で生成された光量制御データ（アイリス制御データ）に基づいて、アイリス７２を制御する。
第一実施形態の制御部３は、映像特徴検出部２において生成された検出信号に基づいて、アイリス７２の開閉を制御するための光量制御データを以下に示すように生成する。

図３は、アイリス７２の開閉に伴いアイリス７２を通過する光量を示す図である。光源７１から発生した光量を破線で示し、光源７１とアイリス７２の間にある他の構成は省略した。
図３（Ａ）は、アイリス７２を全開にした状態を示し、アイリス７２は光源７１が発した光量の全てを通過させている。すなわち、投射レンズ７６に入射する光量は光源７１が発した光量と等しい。図３（Ｂ）は、アイリス７２を絞った状態を示し、アイリス７２を絞ることで、アイリス７２を通過する光量は光源７１から発された光量より少なくなる。

図４は、映像特徴検出部２より出力される検出信号の一例を示す図である。本実施形態の検出信号は、既述したようにヒストグラムを示すデータである。ヒストグラム検出器２１は、入力輝度信号Ｙを２５６階調（８ビット）とし、その上位４ビットを使用して、１６階調（階調“０”〜“１５”）のヒストグラムデータＨ［i］（ｉ＝０〜１５）を生成する。ここでは、入力映像信号が星空の下に人がいる映像を示す場合のヒストグラムを示している。
図４の横軸は、階調ｉ（ｉ＝０〜１５）を示し、縦軸は、それぞれの階調ｉにおける入力輝度信号ＹのヒストグラムデータＨ［i］を示す。図４は、黒側の階調“０”と階調“１”のヒストグラムデータ（Ｈ[0]、Ｈ[1]）が最も多く、次いで中間階調領域においては階調ｉ＝１０をピークとしてその前後の階調のヒストグラムデータが多いことを示す。

制御部３は初めに、映像特徴検出部２からの検出信号を基に、図５に従ってアイリス７２を通過する光量の減衰量Ｌdecを求める。図５はアイリス７２を通過する光量の減衰量Ｌdecを示す図である。横軸は、全ての階調のヒストグラムデータの合計に対する階調“０”と階調“１”のヒストグラムデータの合計（Ｈ[0]＋Ｈ[1]）の割合（黒情報）を示し、縦軸は減衰量Ｌdecを示す。本実施形態では、階調“０”及び階調“１”は黒に相当する階調として扱う。
減衰量Ｌdecは、図３（Ｂ）に示したようにアイリス７２の開閉を調整することによりアイリス７２によって遮断される光量の割合であり、光源７１から発せられた光量に対する、光源７１から発せられた光量とアイリス７２を通過した光量との差で表すことができる。
減衰量Ｌdecが０％の場合、アイリス７２を通過する光量は、光源７１から発せられた光量と同じである。減衰量Ｌdecが１００％の場合、アイリス７２を通過する光量は０であり、アイリス７２は全閉の状態である。

本実施形態では、黒情報である階調“０”と階調“１”（Ｈ[0]＋Ｈ[1]）の割合が０から第１の値Ｐ１（制御開始ポイント）までは減衰量Ｌdecを０％とし、第１の値Ｐ１から第２の値Ｐ２までは、減衰量Ｌdecを０％から所定の値Ｌ１まで増加させ、第２の値Ｐ２から第３の値Ｐ３では減衰量Ｌdecを一定値Ｌ１とし、第３の値Ｐ３から１までは、減衰量Ｌdecを一定値Ｌ１から１００％まで増加させている。すなわち黒に相当する階調の割合（黒情報）が大きくなるに従って、アイリス７２を通過する光量が少なくなるような減衰量Ｌdecとする。
制御部３は、映像特徴検出部２より出力される検出信号に基づいて所定の時間単位（１フレーム）毎に黒情報を求め、減衰量Ｌdecを求める。ここで黒情報が１とは、所定の時間単位毎の入力映像信号が全て黒であることを示す。なお第１の値Ｐ１〜第３の値Ｐ３及び所定の値Ｌ１は、任意に設定可能である。
制御部３はさらに、後述する時間軸処理にて光量の減衰量Ｌdecの変化における不連続を抑圧する。

制御部３は続いて、減衰量Ｌdecと初期値設定部５に予め設定されている初期設定値とから、アイリス制御データを生成する。ここで初期設定値は、アイリス７２を通過する光量が最大となるようにアイリス７２の開口状態を制御するための電流値である。従って、減衰量Ｌdec０の時の電流値である。
アイリス制御データは、Ｄ／Ａ変換部６に供給されてＤ／Ａ変換され、アイリス駆動部７９に出力される。アイリス駆動部７９は、アナログ信号のアイリス制御データに基づいてアイリス７２を駆動する。制御部３及びアイリス駆動部７９は、アイリス７２（光量調整部）を制御する光量制御部である。

制御部３は、既に求めた減衰量Ｌdecに対応したアイリス７２の開口状態とするための電流値を初期設定値に基づいて求め、電流値を示すアイリス制御データを生成する。アイリス制御データは、減衰量Ｌdecが０の場合アイリス７２の開口状態が最大で、減衰量Ｌdecが１００の場合アイリス７２の開口状態が最小となるような値を示す。すなわちアイリス制御データは、減衰量Ｌdecが大きくなるに従って、アイリス７２を通過する光量を少なくするようにアイリス７２を制御するためのデータである。

図５に示すように、本実施形態では入力映像信号が暗くなる（黒に相当する階調の割合が大きくなる）に従ってアイリス７２を通過する光量が少なくなるよう、すなわち投射レンズ７６に入射する光量が少なくなるように減衰量Ｌdecを設定しているため、暗い映像において光源７１からの光の漏れが目立つことを防止することができる。

＜光量制御に連動した映像信号処理＞
例えば入力映像信号が、既述したような夜空の星のシーンや、暗闇に人がいるシーンを示す場合、上記したアイリス７２による光量制御のみを行って投射レンズ７６に入射する映像信号全体の光量を少なくすると、星の輝きが失われたり、人の顔が見えなくなるというような問題が起こりうる。従って、星や人の顔に相当する中輝度〜高輝度（中間階調領域）の入力輝度信号Ｙを補正する処理が、光量制御に伴って必要となる。
そこで、光量制御に連動させる中輝度〜高輝度の入力輝度信号Ｙを補正する処理として、後述する〈１〉エンハンス処理（輪郭強調処理）と、〈２〉ダイナミックガンマ処理とを行う。また後述するように、アイリス７２を制御すると白バランスが崩れるため、〈３〉白バランスを補正する処理も行う。本実施形態では引き続き、入力映像信号が星空の下に人がいる映像を示す場合を例として、〈１〉〜〈３〉の処理を順に説明する。

〈１〉 エンハンス処理
エンハンス処理は、映像信号における輪郭を強調する処理である。エンハンス処理は、映像信号にシュート成分を付加する方法が一般的であり、また、シュート成分のゲインを調整することにより輪郭の強調度合いを調整することができる。
本実施形態においてエンハンス処理は、エンハンス処理部４１が行う。エンハンス処理部４１の構成は、公知の構成であるので詳細な説明は省略する。

図６に、本実施形態のエンハンス処理方法を示す。制御部３は、映像特徴検出部２から供給された検出信号を基に、図６に従ってエンハンスデータを生成する。エンハンス処理部４１は、制御部３から入力されたエンハンスデータに基づいて、供給された入力映像信号に対してエンハンス処理を行う。
図６の横軸は、全ての階調のヒストグラムデータの合計に対する階調“０”と階調“１”のヒストグラムデータの合計（Ｈ[0]＋Ｈ[1]）の割合（黒情報）を示し、縦軸は、シュート成分の水平ゲインＧＨと垂直ゲインＧＶの増加量を示している。本実施形態の制御部３は、黒に相当する階調“０”と階調“１”（Ｈ[0]＋Ｈ[1]）の割合が大きくなるにつれて、すなわち映像が暗いほど、水平ゲインＧＨと垂直ゲインＧＶとが大きくなるようなエンハンスデータを生成する。

本実施形態では、黒情報である階調“０”と階調“１”（Ｈ[0]＋Ｈ[1]）の割合が０から第１の値Ｐ１１（制御開始ポイント）までは水平ゲインＧＨの増加量を０とし、第１の値Ｐ１１から第２の値Ｐ１２までは、水平ゲインＧＨを０から所定の値Ｈ１（リミット値Ｈ１）まで増加させ、第２の値Ｐ１２から１までは水平ゲインＧＨをリミット値Ｈ１とする。
すなわち制御部３は、黒情報が０から第１の値Ｐ１１までは水平ゲインＧＨを付加しないことを示し、第１の値Ｐ１１以上であれば所定の水平ゲインＧＨを付加することを示すエンハンスデータを生成する。更に、黒情報が第２の値Ｐ１２から１までは、リミット値Ｈ１の水平ゲインＧＨを付加することを示すエンハンスデータを生成する。

垂直ゲインＧＶについても同様に、黒情報が０から第１の値Ｐ１１までは垂直ゲインＧＶの増加量を０とし、第１の値Ｐ１１から第２の値Ｐ１２までは、垂直ゲインＧＶを０から所定の値Ｖ１（リミット値Ｖ１）まで増加させ、第２の値Ｐ１２から１までは垂直ゲインＧＶをリミット値Ｖ１とする。
第１の値Ｐ１１、第２の値Ｐ１２、リミット値Ｈ１及びリミット値Ｖ１は、任意に設定可能であり、リミット値Ｖ１は、リミット値Ｈ１より小さい値に設定することが好ましい。ここでは、水平ゲインＧＨと垂直ゲインＧＶとの増加が変化する変化点（第１の値Ｐ１１、第２の値Ｐ１２）を同じとしたが、同じでなくてもよい。また制御部３は、後述する時間軸処理にて各ゲインの不連続を抑圧する。

ここで、水平ゲインＧＨのリミット値Ｈ１と垂直ゲインＧＶのリミット値Ｖ１とを分けるのは、垂直エンハンス処理の方が水平エンハンス処理よりも映像に対する視覚的な影響が大きいためである。垂直ゲインＧＶのリミット値Ｖ１を水平ゲインＧＨのリミット値Ｈ１より小さく設定していることで、光量を絞っても、エンハンス処理により夜空に点在する星の部分が強調され、明るく輝いて見えるようになる。更に、星以外の映像に対する影響も少ない。

〈２〉 ダイナミックガンマ処理
図７（Ａ）は入力映像信号のヒストグラムデータであり、図４と同一である。入力映像信号の輝度信号成分Ｙは暗い映像に基づく階調“０”〜階調“２”と明るい映像に基づく階調“７”〜階調“１１”とにヒストグラムデータＨ［ｉ］が分布する。ここでは星及び人の顔が階調“７”〜階調“１１”に相当する。入力輝度信号Ｙが図７（Ａ）に示すような黒に相当する階調“０”、階調“１”の割合が大きい映像特徴を有する場合、光量制御のみを行うと既述したように出力映像信号全体に対する光量が少なくなるため、階調“７”〜階調“１１”に相当する出力映像信号も暗くなる。
そこで、階調“７”〜階調“１１”の階調を上げるダイナミックガンマ処理を映像信号に対して施す。

ダイナミックガンマ処理は階調補正部４２が行う。階調補正部４２は、制御部３のガンマ処理器３１によって制御される。
ガンマ処理器３１は、映像信号の入力階調に対する出力階調の特性を決める第１の階調補正データを予め保持している。ガンマ処理器３１は階調補正データを保持する保持部である。第１の階調補正データのみでは、上記したように黒に相当する階調の割合が大きくなるに従って、階調“７”〜階調“１１”（中間階調領域）の階調が暗くなる。そこで、中間階調領域の階調を上げる補正が更に必要となる。
ガンマ処理器３１は、中間階調領域の階調を上げるためのオフセット値Ｖoffを以下に示すように求め、オフセット値Ｖoffを示すオフセットデータ（付加データ）を生成する。ガンマ処理器３１は付加データ生成部である。オフセットデータは、中間階調領域におけるそれぞれの階調毎に生成し、第１の階調補正データに付加するデータである。ガンマ処理器３１は続いて、第１の階調補正データに対してオフセットデータを付加した第２の階調補正データを生成し、階調補正部４２に供給する。階調補正部４２は、第２の階調補正データに基づいて入力輝度信号Ｙの階調を補正して出力輝度信号として出力する。

ガンマ処理器３１は、映像特徴検出部２から供給された検出信号に基づいて、所望の階調ｉのオフセット値Ｖoffを次の（２）式で求める。
Ｖoff＝Ｌdec×Ｈrat×Ｇ …（２）
ここで、Ｈratは全ての階調のヒストグラムデータの合計に対する階調ｉのヒストグラムデータの割合を表し、Ｇはオフセットゲインを表す。オフセットゲインＧはスケール合わせに使用するものとし、任意に設定可能である。減衰量Ｌdecは既に求めたものを使用する。

オフセット値Ｖoffは（２）式に示したように、減衰量Ｌdecに連動する。減衰量Ｌdecは図５に示すように、黒に相当する階調の割合が大きい入力映像信号ほど大きくなるため、これに伴ってオフセット値Ｖoffも大きくなる。オフセット値Ｖoffはまた、階調ｉのヒストグラムデータの割合Ｈratにも連動するので、所望の階調ｉのヒストグラムデータの割合が大きいと、大きくなる。
ガンマ処理器３１は、映像特徴検出部２から供給されたヒストグラムデータに基づいて、所定の時間単位毎に黒に相当する階調の割合が大きくなるに従って大きくなる付加データを生成する付加データ生成部である。

図７（Ｂ）に、入力輝度信号Ｙにおける階調“７”〜階調“１１”の各オフセット値Ｖoffを示す。横軸は、入力輝度信号Ｙを１６ステップに分割したそれぞれの階調ｉを表し、縦軸は第１の階調補正データにおける階調“７”〜階調“１１”の階調に付加するオフセット値Ｖoffを表している。
本実施形態では、ガンマ処理器３１は階調“７”〜階調“１１”に付加するための各オフセット値Ｖoffを求めた。オフセット値Ｖoffを付加する階調の領域は、視覚的に最も画質が向上する階調領域を任意に選べばよく、中間階調領域を選択することが好ましい。選択した階調領域は、ガンマ処理器３１に予め設定しておけばよい。

上記の（２）式に基づく所定の階調領域のオフセット値Ｖoffを求める処理では、例えば１つの階調ｉにヒストグラムデータが集中するとHratが大きくなるため、その階調ｉに付加されるオフセット値Ｖoffも大きくなる。従って、第２の階調補正データの一部分のみ（階調ｉの部分のみ）階調（輝度）が持ち上げられて、明るさの段差が視覚的に認識されてしまう恐れがある。
この段差の発生を避けるために、ガンマ処理器３１は隣接する階調（ｉ、ｉ＋１）間におけるオフセット値Ｖoffの差分が予め定めた値以下となるような差分リミット処理を行う。
差分リミット処理は以下の（３）式を用いて行う。
if （Ｐmin＋Ｌim）＜Ｐmax
then Ｐmax＝Ｐmin＋Ｌim…（３）
ここで、隣り合う階調（ｉ、ｉ＋１）のオフセット値Ｖoffを比較して、小さいオフセット値ＶoffをＰmin、大きいオフセット値ＶoffをＰmaxとする。Ｌimは予め定めた差分リミット値であり、任意に設定可能な値である。

図８（Ａ）は、図７（Ｂ）と同様に階調“７”〜階調“１１”の各オフセット値Ｖoffを示す。図８（Ｂ）は図８（Ａ）に示すオフセット値Ｖoffを差分リミット処理した後のオフセット値Ｖoffを示す。
本実施形態では、階調“７”〜階調“１１”と最少階調“７”の一つ前の階調と最大階調“１１”の一つ後ろの階調とを含む、階調“６”〜階調“１２”それぞれに対して（３）式の差分リミット処理を行った。図８（Ｂ）より、本実施形態では階調“１０”のオフセット値Ｖoffが破線で示すように差分リミット処理されたことが分かる。
差分リミット処理を行う階調は、本実施形態のように、オフセット値Ｖoffを付加する全階調と、全階調における最少階調の一つ前の階調と最大階調の一つ後の階調とを含むことが好ましい。
差分リミット処理を行うことで、各階調（ｉ、ｉ＋１）間のオフセット値Ｖoffの差を小さくすることができ、滑らかな階調補正が可能となる。

ガンマ処理器３１は差分リミット処理後の各オフセット値Ｖoffに基づいて各オフセットデータを生成し、予め保持していた第１の階調補正データに対してオフセットデータを付加する。本実施形態では、第１の階調補正データに階調“７”〜階調“１１”における各階調にオフセットデータを付加した。
階調補正部４２は、制御部３から第１の階調補正データに対してオフセットデータが付加された第２の階調補正データを受け取り、入力輝度信号Ｙの階調を補正して出力輝度信号として出力する。なお図５に示すように黒に相当する階調の割合が０から第１の値Ｐ１までの場合、減衰量Ｌdecは０であり、オフセット値Ｖoffも０となる。このとき、階調補正部４２には第１の階調補正データが供給される。

図９に、第１の階調補正データに基づく入力輝度信号Ｙに対する出力輝度信号の特性（階調補正曲線）を一点鎖線で示し、オフセットデータが付加された第２の階調補正データに基づく階調補正曲線を実線で示す。図９の横軸は入力輝度信号Ｙ、縦軸は出力輝度信号を示す。上述のダイナミックガンマ処理により、実線で示すように中間〜白側の輝度（中輝度〜高輝度）を持ち上げることができ、人間の肌や星の輝度を保持することができる。
既述したエンハンス処理部４１によるエンハンス処理と階調補正部４２によるダイナミックガンマ処理とを、アイリス７２による光量制御に連動させることにより、星のように面積が微小なためにヒストグラムデータＨ［i］の割合が小さい場合にも、映像信号の輝度を充分に保持できる。

〈３〉 白バランス補正処理
本実施形態の色分解部７３は、第１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラーと複数の反射ミラーとを有し、光源７１から入射された光を第１のダイクロイックミラーで、短波長側のＢ光（ＬＢ）と長波長側のＲ光（ＬＲ）＋Ｇ光（ＬＧ）とに分光する。更に、第２のダイクロイックミラーでＲ光＋Ｇ光を短波長側のＧ光（ＬＧ）と長波長側のＲ光（ＬＲ）とに分光し、複数の反射ミラーで各光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢの光路を折り曲げてそれぞれの光変調素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂに到達させる。
色合成部７５から射出された光は、既述したようにアイリス７２で光量が調整され、投射レンズ７６に入射する。このとき、アイリス７２を絞ると色合成部７５から射出される光における各変調光ＬＲｍ、ＬＧｍ、ＬＢｍのバランスと、投射レンズ７６に入射する光における各変調光ＬＲｍ、ＬＧｍ、ＬＢｍのバランスとが異なってしまう。例えば変調光ＬＢｍが減少すると、投射レンズ７６に入力される映像信号はＢ信号が少なくなり緑っぽいものになってしまう。

図１０に、アイリス７２の開口率と色分解部７３において分光された各光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢの光量の通過率との関係を示す。光量の通過率は、アイリス７２の開口率が１００％の時の各光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢの通過率を１００％として求めた。アイリス７２の開口率が小さくなるにつれ、各光の光量の通過率にばらつきが生じ、アイリス７２の開口率が５０％以下であれば、通過率はＬＢ＜ＬＧ＜ＬＲの関係となることが分かる。すなわち、ＬＢの通過率が最も小さくなる。

そこで、素子駆動部７８において白バランス補正処理を行う。素子駆動部７８は、投射レンズ７６に入射する光における変調光ＬＲｍ、ＬＧｍ、ＬＢｍの光量が、ＬＲｍ＝ＬＧｍ＝ＬＢｍと等しくなるように、各映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂに対して白バランス補正処理を行う。白バランス補正処理は、後述するようにアイリス７２を通過する光量に応じて行う。
素子駆動部７８は、制御部３より光量補正データを受け取り、各映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂを光量補正データに基づいて補正した各補正映像信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢを光変調素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂに供給する白バランス補正部である。
本実施形態では、上記したようにアイリス７２による光量制御に伴い光量が最も小さくなるＬＢの光量を基準として、ＬＲ、ＬＧの光量を下げるよう補正を施す。従って制御部３は、Ｂ信号を基準として白バランス補正が行われるように、Ｒ信号、Ｇ信号を小さくするような光量補正データを素子駆動部７８に供給する。

図１１にＲ信号についての光量補正の一例を、同様に図１２にＧ信号についての光量補正の一例を示す。制御部３は、既に生成した減衰量Ｌdecに基づいてＲ信号及びＧ信号に対する光量補正値を図１１及び図１２より求める。Ｂ信号についての光量補正値は、上述したようにＬＢを基準光量とするため求めない。
図１１の横軸は、アイリス７２の開口率（％）（０：全閉、１００：全開）を示しており、縦軸は、Ｒ信号にオフセットする光量補正値ＦＲを示している。既述したように減衰量Ｌdecが０％の場合、アイリス７２の開口率は１００％であり、減衰量Ｌdecが１００％の場合、アイリス７２の開口率は０％である。
図１２も同様に横軸は、アイリス７２の開口率（％）（０：全閉、１００：全開）を示しており、縦軸は、Ｇ信号にオフセットする光量補正値ＦＧを示している。アイリス７２を通過する光の量に応じて、光量補正値ＦＲ及び光量補正値ＦＧは変化する。

制御部３で生成されたＲ信号についての光量補正値ＦＲとＧ信号についての光量補正値ＦＧとを示す光量補正データは、素子駆動部７８に供給される。制御部３は、アイリス７２を通過する光量に応じて白バランス補正部７８における白バランスの補正を制御する白バランス制御部である。
素子駆動部７８は光量補正データに基づいて、各補正映像信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢを生成する。補正映像信号ＳＲは、素子駆動部７８に入力されるＲ信号に光量補正値ＦＲをオフセットしたものであり、補正映像信号ＳＧは素子駆動部７８に入力されるＧ信号に光量補正値ＦＧをオフセットしたものである。補正映像信号ＳＢは、素子駆動部７８に入力されたＢ信号と同じ信号である。また制御部３は、後述する時間軸処理にて光量補正値の不連続を抑圧する。

各補正映像信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢは、光変調素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂにそれぞれ入力される。各光変調素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂは、各光ＬＲ、ＬＧ、ＬＢを各補正映像信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢに基づいて各変調光ＬＲｍ、ＬＧｍ、ＬＢｍへと変調し、色合成部７５に出力する。

〈４〉 時間軸処理
時間軸処理は、フィールドごと又はフレームごとにダイナミックにアイリス７２を制御した場合に、人間の目が不連続な明るさの変化を知覚しないように、光量の変化率を制御する処理である。アイリス制御データの更新時、図１３に示すようなローパスフィルタ（ＬＰＦ）による時間軸処理を行い、フレームごとの光量の変化率が所定値以上にならないように制御する。さらに、映像信号の輝度成分及び／又は輪郭の変化率が光量変化と同じ時定数になるように制御する。
図１３（Ａ）は、時間軸方向にフィルタ処理を行うＩＩＲフィルタの構成を表している。ＩＩＲフィルタは制御部３に備えられ、エンハンス処理部４１、階調補正部４２、素子駆動部７８及びアイリス駆動部７９に対する各処理の不連続を抑圧する。伝達特性は以下の式であり、ｋは帰還係数（リーク係数）（ｋ＜１）である。
Ｙ（ｚ）／Ｘ（ｚ）＝１／（１−ｋ・ｚ−１）、ｋ＝１−１／２ⁿ…（４）
図１３（Ｂ）は、ＩＩＲフィルタの特性図を表している。横軸はフィールド数、縦軸はパラメータｎ＝４、５、６、７、８の伝達特性を表している。帰還係数ｋを導くパラメータｎの値により、アイリス制御データの応答速度を容易に調整することができる。パラメータｎの値は任意に設定可能であり、本実施形態ではｎ＝２、３程度（不図示）を用いる。

上記の連携処理により、アイリス７２を映像信号の明るさに応じて適応的に制御することができ、また、白側の明るさを保持したまま、黒側が引き締まった映像を再現することができ、コントラスト感の増した視覚上の画質を向上させる効果を得ることができる。

＜第二実施形態＞
図１４は、本発明の第二実施形態である映像表示装置２０のブロック図である。映像表示装置１０と同じものには同じ番号を付し、説明を省略する。
第一実施形態の映像表示装置１０では、入力映像信号が映像特徴検出部２に入力され、入力映像信号に基づいた検出信号が生成される。一方で本実施形態の映像表示装置２０では、入力映像信号はエンハンス処理部４１０に入力された後、映像特徴検出部２１０に供給される。従って、映像特徴検出部２１０は、既述したエンハンス処理が施され所定のシュート成分を付加された映像信号に基づいて検出信号を生成する。検出信号の生成方法は、映像表示装置１０の映像特徴検出部２と同様である。
制御部３は検出信号を受け取り、エンハンスデータ、減衰量Ｌdec、アイリス制御データ、オフセットデータ及び光量補正データを第一実施形態と同様に生成する。エンハンス処理部４１０は制御部３から、所定の時間単位毎に黒に相当する階調の割合が大きくなるに従って、入力された映像信号に対して施す輪郭強調の程度を増大させるようなエンハンスデータを受け取り、映像信号に対してエンハンス処理を施す。

＜第三実施形態＞
図１５は、本発明の第三実施形態である映像表示装置３０のブロック図である。映像表示装置３０は、液晶表示装置である。映像表示装置１０と同じものには同じ番号を付し、説明を省略する。
映像表示装置３０はＰＷＭ制御部６０と表示部８とを備える。表示部８は液晶モジュール部であり、ドライバ８１と、バックライト制御部８２と、ゲート信号線駆動部８３と、データ信号線駆動部８４と、液晶表示パネル８５と、バックライト８６とを有する。
映像信号処理部４より出力された映像信号は、ドライバ８１に供給される。液晶表示パネル８５は複数の画素８５１を備えており、画素８５１のデータ信号線にはデータ信号線駆動部８４が接続され、ゲート信号線にはゲート信号線駆動部８３が接続されている。ドライバ８１に入力された映像信号は、データ信号線駆動部８３へと供給される。ドライバ８１は、ゲート信号線駆動部８３とデータ信号線駆動部８４とによって、映像信号を液晶表示パネル８５に書き込むタイミングを制御する。

バックライト８６は液晶表示パネル８５の背面側に配置されている。バックライト８６はバックライト制御部８２によって駆動される。バックライト制御部８２には、ＰＷＭ制御部６０よりバックライト８６を発光させるための駆動パルスが供給される。バックライト８６は、例えばＲ、Ｇ、Ｂの複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる。ここでは、バックライト８６をＬＥＤとしパルス幅変調された駆動パルスによってＬＥＤを駆動するようにしているが、ＬＥＤに流す電流値を調整することによりＬＥＤの発光輝度を制御してもよい。また、バックライト８６はＬＥＤに限定されるものではない。
なお図示しないが、入力映像信号から分離された水平同期信号及び垂直同期信号はドライバ８１及びバックライト制御部８２に供給され、液晶表示パネル８５のフレーム毎の映像表示に対応してバックライト８６の明るさが調整される。

第三実施形態における制御部３は、映像特徴検出部２から出力された検出信号に基づいて図１６に従って光量制御データを生成し、ＰＷＭ制御部６０に供給する。また既述したように検出信号に基づいて、エンハンスデータ、オフセットデータを生成する。
図１６は、バックライト８６の光量の減衰量を示す図である。横軸は、全ての階調のヒストグラムデータの合計に対する階調“０”と階調“１”のヒストグラムデータの合計（Ｈ[0]＋Ｈ[1]）の割合（黒情報）を示し、縦軸はバックライト８６の減衰量を示す。減衰量が１００％の場合、バックライト８６はオフとなる。
制御部３は、初期値設定部５から初期設定値を受け取り、初期設定値と減衰量とから光量制御データを生成する。ここで初期設定値は、バックライト８６の明るさが最大となる電流値である。
ＰＷＭ制御部６０は光量制御データを受け取り、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの駆動パルスを生成する。バックライト制御部８２は、ＰＷＭ制御部６０で生成された駆動パルスに基づいてバックライト８６の光量を調整する光量調整部である。

＜第四実施形態＞
図示しないが、第三実施形態の映像表示装置３０において映像特徴検出部２及びエンハンス処理部４１を、第二実施形態の映像表示装置２０における映像特徴検出部２１０及びエンハンス処理部４１０としてもよい。入力映像信号はエンハンス処理部４１０に入力された後、映像特徴検出部２１０に供給される。

本発明の第一実施形態〜第四実施形態の映像表示装置によれば、入力された映像信号に応じた光量制御と光量制御に連動した映像信号処理とを行うことができる。このため映像信号は、黒は本来の黒として白は本来の白として表現できるためにコントラストが高くなり好ましい。

本発明に係る映像表示装置の第一実施形態を示すブロック図である。 第一実施形態の表示部７を示すブロック図である。 アイリス７２の開閉を示す図である。 輝度信号の分布の一例を示す図である。 第一実施形態の光量制御を示す図である。 エンハンス処理の一例を示す図である。 ダイナミックガンマ処理の一例を示す図である。 差分リミッタ処理の一例を示す図である。 ガンマカーブの補正例を示す図である。 アイリス７２の開口率とＲ、Ｇ、Ｂの各光量の透過率とを示す表である。 Ｒ信号のドライブ値の補正例を示す図である。 Ｇ信号のドライブ値の補正例を示す図である。 ＩＩＲフィルタの構成と特性を示す図である。 本発明に係る映像表示装置の第二実施形態を示すブロック図である。 本発明に係る映像表示装置の第三実施形態を示すブロック図である。 第三実施形態の光量制御を示す図である。

符号の説明

３ 制御部（光量制御部、白バランス制御部）
７ 表示部
８ 表示部
２１ ヒストグラム検出器（ヒストグラム生成部）
３１ ガンマ処理器（保持部、付加データ生成部）
４１ エンハンス処理部
４２ 階調補正部
７１ 光源
７２ アイリス（光量調整部）
７４ 光変調素子
７８ 素子駆動部（白バランス補正部）
７９ アイリス駆動部（光量制御部）
８２ バックライト制御部（光量調整部）
８５ 液晶表示パネル
８６ バックライト（光源）

Claims (8)

1. 入力された映像信号を表示する表示部と、
   前記表示部に前記映像信号を表示するために用いる光を発生する光源と、
   前記光源の光量を調整する光量調整部と、
   前記映像信号の輝度信号成分に基づいて所定の時間単位毎に最小輝度から最大輝度までを複数階調に分割してそれぞれの階調の分布を示すヒストグラムデータを生成するヒストグラム生成部と、
   前記映像信号の入力階調に対する出力階調の特性を決める第１の階調補正データを保持する保持部と、
   前記ヒストグラムデータに基づいて前記所定の時間単位毎に全階調のヒストグラムデータの合計に対する黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合が大きくなるに従って、前記光源の光量を少なくするよう前記光量調整部を制御する光量制御部と、
   前記映像信号における前記黒に相当する階調より大なる階調である中間階調領域における階調を上げるため前記第１の階調補正データの前記中間階調領域における前記階調毎に付加するためのデータであり、前記ヒストグラムデータに基づいて前記所定の時間単位毎に前記黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合及び全階調のヒストグラムデータの合計に対する前記中間階調領域における前記階調毎のヒストグラムデータの割合が大きくなるに従って大きくなる付加データを生成する付加データ生成部と、
   前記第１の階調補正データまたは前記第１の階調補正データに対して前記付加データが付加された第２の階調補正データに基づいて、前記映像信号の階調を補正する階調補正部と
   を備えることを特徴とする映像表示装置。
2. 前記映像信号の輪郭強調を行うエンハンス処理部と、
   前記ヒストグラムデータに基づいて前記所定の時間単位毎に前記黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合が大きくなるに従って、前記映像信号に対する輪郭強調を増大させるよう前記エンハンス処理部を制御する制御部と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
3. 前記エンハンス処理部は、輪郭強調した映像信号を前記階調補正部と前記ヒストグラム生成部とに供給することを特徴とする請求項２記載の映像表示装置。
4. 前記付加データ生成部は、前記中間階調領域を含む階調領域において、前記付加データにおける隣接する階調の差分が予め定めた値以下となるよう前記付加データを生成することを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項に記載の映像表示装置。
5. 前記映像信号に基づいて入射される光を変調する光変調素子と、
   前記映像信号の白バランスを補正して前記光変調素子に供給する白バランス補正部とを有し、
   前記光源は前記光変調素子に入射する前記光を発生させ、
   前記光量調整部は前記光の量を調整するアイリスであり、
   前記白バランス補正部は、前記アイリスを通過する光の量に応じて白バランスを補正することを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項に記載の映像表示装置。
6. 前記表示部は液晶表示パネルを有し、
   前記光源は、前記液晶表示パネルに入射する光を発生させるバックライトであることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項に記載の映像表示装置。
7. 表示部に表示する映像信号の輝度信号成分に基づいて、所定の時間単位毎に最小輝度から最大輝度までを複数階調に分割してそれぞれの階調の分布を示すヒストグラムデータを生成し、
   前記ヒストグラムデータに基づいて前記所定の時間単位毎に全階調のヒストグラムデータの合計に対する黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合及び全階調のヒストグラムデータの合計に対する前記黒に相当する階調より大なる中間階調領域における各階調のヒストグラムデータの割合を求め、
   前記黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合が大きくなるに従って、前記表示部に前記映像信号を表示するために用いる光を発生する光源から発せられる光量を少なくし、
   前記光源から発せられる光量を少なくするのに従って、前記映像信号における前記中間階調領域における前記各階調を前記黒に相当する階調のヒストグラムデータの割合及び前記中間階調領域における前記各階調のヒストグラムデータの割合に基づいて上げるよう制御する
   ことを特徴とする映像表示方法。
8. 前記光源から発せられる光量を少なくするのに従って、前記映像信号に対して施す輪郭強調の程度を増大させるよう制御することを特徴とする請求項７記載の映像表示方法。

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