JP5249703B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、 デジタル画像データをデジタルガンマ補正回路にて補正した際のガンマ補正特性に起因して生ずるダイナミックレンジの問題を解消することを目的とした液晶表示装置が開示されている。ここでは、デジタル画像データをデジタルガンマ補正回路にて補正して、液晶表示部の印加電圧−透過率特性に適したデジタル画像データとする。そしてそのデジタル画像データをDA変換し、ゲインを与えて表示している。このとき入力デジタル画像データの階調値が最大に達する前に、ガンマ補正回路からの出力デジタル画像データの階調値が最大値に達する飽和(サチレーション)が生じたときに、ガンマ補正回路よりも前段側の前置回路にて、ゲインが低くなるように設定することにより、表示画像のダイナミックレンジを調整するようにしている。
例えば、特許文献2,3には、映像信号のヒストグラムが表示可能帯域の所定比率以下である場合(輝度分布が暗い場合)に、バックライトの輝度を落とすとともに入力映像信号のゲインを上げて、映像表示輝度を保ちながらコントラスト感の向上を図る技術が示されている。
このときに映像信号を伸張するゲイン設定において、伸張後に表現できない出力値となる場合には、出力値に飽和(サチレーション)が生じる。例えば、256階調(0〜255)で出力表示を行う表示パネルにおいて、映像信号のRGBの各信号にゲインを与えて伸張するときに、伸張後の出力値が255階調を越える場合には、全て255でクリップして255階調で出力されることになる。この部分が上記の飽和が生じる部分となる。
また、液晶表示装置によっては、上記のような映像信号を伸張するゲイン設定において、映像のピーク部分を目立たない範囲で飽和させるようにしているものもある。
特に肌色の画像については、上記のようなゲイン設定時の飽和による色相の変化が、人間の目に感じやすく、映像品位の低下が目立つ。
表示装置から発せられる光量は、表示する映像信号のレベルを忠実に再現するのが理想である。つまり、黒画面を表示する場合、画面から発せられる光量は理想的には0でなければならない。しかし、現実の液晶表示装置では、若干の光漏れがあり、黒画面を表示する場合にも黒ではなくグレー表示となる。
図2は、本発明に係る液晶表示装置のシステム構成例を示すブロック図である。図2で例示する液晶表示装置は、スケーリング部1、Yヒストグラム検出部2、APL検出部3、BL(バックライト)輝度レベル設定部8、CPU(Central Processing Unit)/CPLD(Complex Programmable Logic Device)11、BL調光部12、画質補正部14、RGBγ/WB(White Balance)調整部15、FRC(Frame Rate Control)部16、及び映像出力部17を備える。
映像出力部17は、映像信号による映像を表示する液晶パネルと、映像信号を液晶パネル駆動のための信号に変換し液晶パネルに出力する液晶制御回路とを有する。その詳細は後述するが、映像信号は、アドバンスト輝度変調部20で設定されたゲインを用いて変換された後、この映像出力部17に入力される。つまり、本発明に係る輝度変調処理においては、この映像出力部17で表示すべき映像を示す映像信号が処理対象となる。ゲイン及びその設定については後述する。
APL検出部3は、映像信号の平均輝度レベルを、映像フレーム毎に算出する。APL検出部3で算出される値としては、全画面で黒の場合には0%を示す値となり、全画面で白の場合には100%を示す値となる。
このとき、ゲイン設定時のRGB出力値の飽和による色相の変化を抑えるために、映像信号のヒストグラムの最大値に応じた下限値に従って、バックライト値BLreducedの低下を所定レベルに制限し、ゲインの上昇を抑えて色変化を抑制させるようにしている。ターゲットCR等のディストーションパラメータは図示しないメインCPUから設定すればよい。
図2の液晶表示装置における主要ブロックとして、BL輝度レベル設定部8、コンフィグレーションデザイン部13、RGBγ/WB調整部15を、この順序で説明する。
BL輝度レベル設定部8には、APL検出部3で検出された映像信号のAPLが入力されるとともに、周囲の明るさ(周囲の照度)を測定する図示しない明るさセンサの検出情報に基づく制御信号、及び液晶パネルの明るさを設定するユーザ設定に基づく制御信号が入力される。また、映像特徴量として、映像信号を仮に伸張したときに表現できない頻度、あるいは映像信号の最小輝度及び最大輝度などの情報を使用する場合には、ヒストグラム検出部2から、映像信号の画面単位(フレーム単位)で必要とするこれら情報(ヒストグラム情報とする)が入力される。また、APLとヒストグラム情報の両方を使用する場合には、それぞれの情報がBL輝度レベル設定部8に入力される。
本発明では、上述したように、ゲイン設定時のRGB出力値の飽和による色相の変化を抑えるために、映像のヒストグラムの最大値に従って、バックライトの発光輝度レベルの下限値を制限し、ゲインの上昇を抑えて色変化を抑制させるようにしている。つまり、ディストーションモジュールで評価値をもとに計算されるバックライトの発光輝度レベルに対して、下限値を制限するようにしている。
以下では、まず、発光輝度レベルの下限値に制限を与える前に、映像のヒストグラムの評価値に基づいて発光輝度レベルを選択する処理を説明する。
Distortion=Σ{(映像輝度範囲D1+D2の頻度)×(距離重み)}・・・(1)
また、最も低い評価値をもつ発光輝度レベルが、ヒストグラムの最大値に従う発光輝度レベルの下限値よりも低くなってしまう場合には、その最大値に応じて定められた下限値をゲイン設定に使用する発光輝度レベルBLreducedとして出力する。
液晶パネルへ入力される画素値と液晶パネルでの表示輝度との関係を示す基本的なモデルは、下式(2)により示される。ここで、Yは液晶パネルでの表示輝度、BLはバックライトの発光輝度レベル(バックライトDUTY)、CV(Code Value)は液晶パネルへ入力される画素値である。また、この例では映像信号の階調は0〜255で量子化されているものとする。
Y=BL(CV/255)γ ・・・(2)
Y=BLreduced(CVreduced/255)γ=BLref(CVref/255)γ・・・(3)
G=(1/BLreduced)1/γ ・・・(5)
バックライトの発光輝度レベルと映像信号のゲイン調整とを連動して実行する場合、例えば1つの傾向として、映像のRGBの最大値とY値との差が大きいときに出力値の飽和(サチレーション)が生じやすくなる。RGBの最大値の値が高く、相対的に少ないゲインでも飽和を生じやすくなるためである。また、映像信号のAPLの変化に応じてバックライトの発光輝度レベルBLrefを動的に変化させるときに、暗い画面ほどバックライトの発光輝度レベルを上げる制御を行うように設定している場合には、映像信号のY値が低いほど発光輝度レベルBLrefが高くなり、上記(4)式からゲインの設定値が高くなる傾向が生じる。
色変化は、ゲインを設定することにより生じる。アドバンスト輝度変調により設定するゲインGは、上記(4)式のように、G=(BLref/BLreduced)1/γである。
Gmax=(BLref/BLreduced)1/γ =(100/20)1/2.2 =2.07
となる。つまり、ゲインが2を越える程度の値をとることもあり得る。また、CPUなどのハードウェアの制約から上限が2程度のゲインまでしか対応できない場合もある。
例えば肌色を示すRGB値の例として、明るい肌色(R,G,B)=(239,193,143),中間の明るさの肌色(R,G,B)=(230,160,80),暗い肌色(R,G,B)=(150,100,90)を考えるものとする。
これらの肌色についてITUT−R BT.601に従う変換式でY値を算出すると、(R,G,B)=(239,193,143)ではY=201、(230,160,80)ではY=171、(150,100,90)ではY=113となる。
1.7のゲインを得るためには、BLrefが100%のとき、BLreducedの値(limitとする)は、(100/limit)1/2.2=1.7 と表すことができる。これよりlimit=79%となる。
アドバンスト輝度変調においては、Yヒストグラムの状態に応じて、バックライトの輝度制御範囲のなかで最もディストーションの少ない発光輝度レベルが選択されるが、暗い肌色のような色の変化を抑えるために、バックライトの発光輝度レベルを下限値より低い値には落とさないように制御する。
ここでは、暗い肌色に着目して、制御範囲を定めるものとする。明るい肌色のときには画像も明るめであって、輝度ヒストグラムの最大値が高いので、見た目にはそれほど問題にならない。これに対して暗い肌色は、飽和したときの色変化が目立ちやすいためである。
図8の例では、ヒストグラムの最大値が100〜255の範囲では、バックライトの発光輝度レベルBLreducedの下限値を80%に設定している。これにより、この範囲では、ヒストグラムから得られるディストーションに応じてバックライト発光輝度レベルBLreducedを決定するときに80%より小さい値には設定せず、80〜100%の範囲で制御する。
そしてコンフィグレーションデザイン部13では、設定したBLreducedを用い、G=(BLref/BLreduced)1/γに従って、ゲインGを決定する。これにより、ゲインの上昇によるRGB値の飽和を抑え、ゲイン設定時の色変化を抑制することができる。
しかしながら、上記のような画像は、肌色ほど色変化が目立たない。上記のようにゲイン1.7を与えた場合にも、色が変わるが少し薄くなる程度で、見た目にはそれほど気にならないレベルである。
Claims (3)
- 入力映像信号による映像を表示する液晶パネルと、該液晶パネルを照射する光源とを有し、前記光源の発光輝度と、映像信号のゲインとを連動して設定する表示装置において、
入力映像信号の特徴量に対する前記光源の発光輝度を規定した輝度制御特性に基づいて、参照用の発光輝度レベルを設定する輝度レベル設定部と、
入力映像信号の輝度値のヒストグラムを検出するヒストグラム検出部と、
前記ヒストグラムから、前記光源の制御に使用する発光輝度レベルを選択する輝度レベル選択部と、
該輝度レベル選択部で選択した発光輝度レベルと、前記輝度レベル設定部で設定した前記参照用の発光輝度レベルとを用いて、映像信号のゲインを設定するゲイン設定部と、
前記ヒストグラムの最大輝度値に応じた前記発光輝度レベルの下限値を定める制御特性を予め記憶する手段とを有し、
前記輝度レベル選択部は、予め設定された前記液晶パネルの目標コントラストを使用し、前記入力映像信号のヒストグラムにおいて、前記目標コントラストのときに前記液晶パネルで表示可能な入力映像信号の映像輝度範囲のうち、前記光源の特定の発光輝度レベルにおいて表現できない映像輝度範囲の画像の頻度に所定の重み係数を乗算して評価値を得る処理を、選択可能な前記光源の発光輝度レベルの全てについて実行し、前記評価値の最も低い発光輝度レベルを、前記輝度レベル設定部で設定された前記参照用の発光輝度レベルを超えない範囲で抽出し、
前記制御特性を参照して、入力映像信号のヒストグラムの最大輝度値に応じた下限値が、前記抽出した発光輝度レベルより高ければ、前記下限値を前記選択した前記発光輝度レベルとして出力して、前記ヒストグラムの最大輝度値に応じた下限値よりも低い発光輝度レベルが選択されないように制限することを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、前記発光輝度レベルの下限値を定める制御特性は、前記ヒストグラムの最大輝度値が取り得る範囲のうちの所定の高輝度側の範囲において、前記下限値が一定であることを特徴とする表示装置。
- 請求項1または2に記載の表示装置において、前記ゲイン設定部は、前記参照用の発光輝度レベルを前記選択した発光輝度レベルで除した後、1/γ乗することによって前記設定するゲインを算出することを特徴とする表示装置。
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