JP5284444B2 - 映像表示装置およびテレビ受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、映像表示装置およびテレビ受信装置に関し、より詳細には、表示映像の画質を向上させるためのエンハンス機能を備えた映像表示装置およびテレビ受信装置に関する。

映像表示装置において、表示映像の画質を向上させるためのエンハンス機能が知られている。エンハンス機能では、入力映像信号の強度分布を拡大するストレッチ処理が行われる。例えばエンハンス機能を実行する場合、通常では映像信号のフレーム毎に階調の最大値を検出し、その最大値のレベルが低ければ、階調が高い部分の映像信号にゲインをかけて伸張する。また、映像信号の階調の最小値を検出し、その最小値が高ければ階調が低い部分の映像信号に圧縮ゲインをかけて階調を低下させる。このようなエンハンス機能を用いることによって映像信号の信号レンジが広くなり、表示画像のコントラスト感が増大して画質が向上する。

例えば、特許文献１には、バックライトの輝度の調整にともない、画像の明暗も調整前に近くなるようにコントラストを自動的に調整する液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置では、オペレータがバックライト装置の光源をオンオフすることによって画像の輝度を変え電力の節電を図ることができ、輝度が変わるとエンハンス機能が働き、表示画像は輝度に合わせたコントラストに調整され、バックライト装置の輝度を下げても、画像の明暗は輝度を下げる前とほぼ同程度のものが得られるようにしている。

特開平９−８０３７８号公報

表示輝度をエンハンスする場合、画面の中で明るく輝いている発光部分を特定し、その発光部分の表示輝度をエンハンスすれば、人間の目にはコントラスト感が向上し、輝き感が増して高品位の表示映像を提供することができる。
従来のエンハンス機能においては、映像信号の画素値の最大値や最小値をみて、高い部分の階調を伸張して持ち上げたり、低い部分の階調を圧縮して落とすような処理が行われる。しかしながら、規格化された映像信号は、実際に人間の目に明るく見える輝度を表現していないため、階調値のみから発光部分を特定することは難しい。つまり様々な映像に対して、一律に画像値の最大値や最小値をみてエンハンスを行っても、常に高コントラストで高画質の映像が得られるとは限らない。

様々に変化する映像において、映像の輝度の分布から相対的に明るく発光している部分を検出し、その発光部分を意識的にエンハンスすることにより、画面上で発光した部分をより際だたせて画質を向上させる効果が得られるが、従来ではこのような思想に基づくエンハンス処理は行われていなかった。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、映像信号の発光している部分を検出し、発光部分の表示輝度をエンハンスして際出せて表示させることにより、輝き感をより増して、高いコントラストで映像表現を行うことで、映像品位を向上させるようにした映像表示装置およびテレビ受信装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、入力映像信号を表示する表示部と、該表示部を照明する光源と、該表示部および該光源を制御する制御部とを有し、該制御部は、前記入力映像信号の明るさに関連する所定の特徴量に基づいて前記光源の輝度をストレッチするとともに、前記特徴量もしくは他の特徴量に基づき、入力映像信号の発光部を検出し、該発光部の映像信号をストレッチして前記表示部に表示する映像表示装置であって、前記制御部は、入力映像信号の入力階調を変換して出力する映像処理を行い、前記映像処理は、前記入力映像信号に所定のゲインを与えて映像信号をストレッチさせた後、前記発光部を除く非発光部の所定領域において、圧縮ゲインを与えて出力階調を低減させる処理を含み、前記圧縮ゲインは、前記非発光部の所定領域において、前記光源の輝度のストレッチ及び前記ゲインの適用による映像信号のストレッチにより増加する表示輝度を低減させる値とすること、を特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記特徴量は、入力映像信号の輝度値であり、前記制御部は、前記入力映像信号のフレーム毎の輝度ヒストグラムに基づいて、該ヒストグラムに応じて予め規定された前記発光部を検出し、該検出した発光部を含む所定範囲の入力映像信号について、画素毎の輝度に重みを付けて画素数をカウントしたスコアに応じて予め規定された発光量を検出し、該検出した発光量に応じて前記光源の輝度をストレッチすることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記映像処理は、前記入力映像信号のフレーム毎の輝度ヒストグラムに基づいて、該ヒストグラムに応じて予め規定された前記発光部を検出し、該検出した前記発光部の領域内に、所定の特性変換点を設定し、前記特性変換点における入力映像信号の入力階調が所定の出力階調にまでストレッチされるように、前記特性変換点より低い階調の映像信号にゲインを適用し、前記特性変換点以上の入力階調では、前記特性変換点のゲイン適用後の出力階調と最大出力階調とを結ぶように入力階調に対する出力階調を設定する処理を含むことを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第２の技術手段において、前記映像処理は、映像信号に適用するゲインと前記発光量との関係を予め定めておき、入力映像信号から検出した前記発光量に応じてゲインを決定し、入力映像信号に前記決定したゲインを適用してストレッチし、前記ゲインの適用後の出力階調が所定の出力階調にまでストレッチされた点の入力階調を特性変換点とし、該特性変換点より低い階調では、前記ゲインを適用した出力階調で映像信号を出力し、該特性変換点以上の入力階調では、特性変換点のゲイン適用後の出力階調と最大出力階調とを結ぶように入力階調に対する出力階調を設定する処理を含むことを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１〜４のいずれか１の技術手段である映像表示装置を備えたテレ
ビ受信装置である。

本発明の映像表示装置によれば、映像信号の発光している部分を検出し、発光部分の表示輝度をエンハンスして際出せて表示させることにより、輝き感をより増して、高いコントラストで映像表現を行うことで、映像品位を向上させることようにした映像表示装置およびテレビ受信装置を提供することができる。

本発明に係る映像表示装置の一実施形態を説明する図で、映像表示装置の要部の構成を示すものである。 入力映像信号の輝度信号Ｙから生成した輝度ヒストグラムの一例を示すものである。 特徴量から発光量を検出する他の例を説明するための図である。 発光検出部で検出した発光量に応じた輝度エンハンス量の設定例を示す図である。 輝度エンハンス量決定部で決定した輝度エンハンス量に応じたバックライと輝度の制御例を示す図である。 映像信号輝度ストレッチ部における映像信号の輝度ストレッチを説明するための図で、映像信号の入出力特性の設定例を示す図である。 映像信号輝度ストレッチ部における映像信号の輝度ストレッチの他の処理例を説明するための図である。 入力映像信号にゲインを付与してストレッチするときの入出力特性の設定例を示す図である。 マッピング部が生成するトーンマッピングの一例を示す図である。 マッピング部が生成するトーンマッピングの他の例を示す図である。 画面輝度がストレッチされる状態の一例を示す図である。 本発明に係る輝度ストレッチ処理の効果を説明するための図である。

（実施形態１）
図１は、本発明に係る映像表示装置の一実施形態を説明する図で、映像表示装置の要部の構成を示すものである。映像表示装置は、入力映像信号に画像処理を行って映像表示する構成を有するもので、テレビ受信装置等に適用することができる。
放送信号から分離した映像信号や外部機器から入力した映像信号は、発光検出部１に入力する。発光検出部１では、入力映像信号の明るさに関連する所定の特徴量を用い、映像信号の発光量を上記の特徴量との関係によって予め規定しておく。そして、入力映像信号のフレームごとの特徴量から発光量を検出する。

例えば、特徴量として映像信号の輝度を用い、入力映像信号のフレーム毎に、輝度信号Ｙの階調毎の画素数を積算したＹヒストグラムを生成し、そのＹヒストグラムから発光している部分を検出する。発光している部分は、Ｙヒストグラムの平均値と標準偏差とにより求められるもので、Ｙヒストグラムごとの相対的な値として検出される。
そして、発光している部分の特徴量（輝度）について、輝度が高いほど大きな重みを付けて画素数を積算することで、そのフレーム毎に発光量を検出する。発光量は、入力映像信号の発光の度合いを示すもので、その後のバックライトの輝度ストレッチ及び映像信号の輝度ストレッチを行うための指標となるものである。

発光検出部１による発光検出の他の例では、１つの画素を構成するＲＧＢの映像信号の階調値のうち最も高い階調値（Ｍａｘ ＲＧＢとする）を抽出し、１フレーム内の全画素から抽出した階調値の平均値（Ｍａｘ ＲＧＢ Ａｖｅとする）を算出し、この値を特徴量として用いる。各画素のＭａｘ ＲＧＢ Ａｖｅは、映像の明るさに関連した特徴量として用いることができる。そして、上記のＭａｘ ＲＧＢ Ａｖｅと、その映像信号の発光の度合いを示す発光量との関係を予め定めておく。例えば、Ｍａｘ ＲＧＢ Ａｖｅがある程度高い領域では、発光しているとみなして発光量が高くなるように定めておく。そして、入力映像のフレーム毎に、上記のＭａｘ ＲＧＢ Ａｖｅからことのときの発光量を得る。

輝度エンハンス量決定部２は、発光検出部１で検出された入力映像信号の発光量に基づいて、バックライトの輝度エンハンスを行うために使用する輝度エンハンス量を決定する。ここでは、予め輝度エンハンス量と発光量との関係が定められていて、輝度エンハンス量決定部２では、発光検出部１から出力された発光量に基づいて、輝度エンハンス量を決定する。例えば、発光量がある程度高い領域では、輝度エンハンス量も大きくなるように定めておく。これにより発光量が大きい画像では、輝度エンハンス量がより高くなる。

バックライト輝度ストレッチ部３は、輝度エンハンス量決定部２で決定された輝度エンハンス量に基づいて、バックライト輝度をストレッチしてバックライト部５の光源（例えばＬＥＤ）の輝度を増大させる。バックライト部５のＬＥＤの輝度は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御で行われるが、電流制御もしくはこれらの組み合わせによって所望の値となるように制御することができる。

一方、映像信号ストレッチ部６は、入力映像信号をゲインアップして映像信号の輝度をストレッチする。この場合、上記の輝度ヒストグラムの平均値及び標準偏差から得た発光部に対して、所定のゲインアップにより映像信号をストレッチしたり、輝度ヒストグラムやＭａｘ ＲＧＢ Ａｖｅから計算した発光量によりゲインを決定して映像信号をストレッチすることができる。

マッピング部７は、映像信号の入出力特性（入力階調に対する出力階調の応答特性）のトーンマッピングを生成する。この場合、映像信号輝度ストレッチ部６で決定したゲインをそのまま適用して入出力特性をトーンマッピングすると、映像信号の発光部以外の領域もストレッチされて画面輝度が上昇してしまう。このため、低階調側の非発光部分では、入力階調に対する出力階調を低下させてトーンマッピングを行う。これにより、トーンマッピングの入出力特性では、映像信号がストレッチされる領域は主に高階調の明るい領域となり、映像信号処理により明るい領域をより明るくする制御がなされる。

マッピング部７は、表示部９を制御するための制御データを表示制御部８に出力し、表示制御部８は、そのデータに基づいて表示部９の表示を制御する。表示部９は、バックライト部５のＬＥＤにより照明されて画像を表示する液晶パネルが用いられる。

上記の構成では、バックライト部５の輝度ストレッチ量は、発光検出部１で検出した発光量に基づいて決定されるため、発光量の多い明るい映像をより明るく輝かせる制御を行うことができる。また、映像信号処理による映像信号のゲインアップは、Ｙヒストグラムの発光領域や、検出した発光量に応じて行われ、さらにトーンマッピングにより、発光部を除く発光していないとみなす部分に対して輝度低下が行われる。これにより、発光している部分の画面輝度を増大させ、高いコントラストで映像表現を行うことができ、画質を向上させることができる。

バックライト部５と表示部９の制御例として、映像領域を複数の領域（エリア）に分割し、その領域毎に対応するバックライト部５の光源を制御する所謂エリアアクティブ制御方式を採用することができる。
エリアアクティブ制御においては、映像を所定の複数の領域（エリア）に分割し、その分割領域ごとに映像信号の最大階調値を抽出し、抽出した最大階調値に応じて領域毎のＬＥＤの点灯率を決定する。ここでは分割領域ごとの最大階調値ではなく、分割領域毎の平均値等の他の統計値であってもよい。そして、例えば最大階調値が低く暗い領域については、点灯率を下げてバックライトの輝度を低下させる。そして、この状態で輝度エンハンス量に応じてバックライト全体の投入電力を増大させて、バックライトの輝度全体をＵＰする。これにより、発光している明るい映像はより明るくなって輝き感が増す。
また、非発光部分は、映像信号処理により輝度ストレッチに相当する輝度が低減されているため、結果として、画面上では発光部分のみの輝度が高くなって、高コントラストの品位の高い映像を表示することができる。

また、バックライト部５と表示部９の制御例としては、上記のようなエリアアクティブ制御方式を適用することなく、輝度エンハンス量決定部２で決定された輝度エンハンス量に応じてバックライト部５の光源全体の発光輝度をストレッチするものであってもよい。これにより、発光している明るい映像はより明るくなって輝き感が増す。また、非発光部分は、映像信号処理により輝度ストレッチに相当する輝度が低減されているため、結果として、画面上では発光部分の輝度が高くなって、高コントラストの品位の高い映像を表示することができる。

なお、本発明の制御部は、バックライト部５と表示部９を制御するものであり、発光検出部１、輝度エンハンス量決定部２、バックライト輝度ストレッチ部３、バックライト制御部４，映像信号輝度ストレッチ部６、マッピング部７、及び表示制御部８が該当する。

上記の表示装置をテレビ受信装置として構成する場合、テレビ受信装置は、アンテナで受信した放送信号を選局して復調し、復号して再生用映像信号を生成する手段を有し、再生用映像信号に適宜所定の画像処理を施して、図１の入力映像信号として入力させる。これにより、受信した放送信号を表示部９に表示させることができる。本発明は、映像表示装置、およびその映像表示装置を備えるテレビ受信装置として構成することができる。

以下に上記の構成を有する本実施形態の各部の処理例をより具体的に説明する。
まず、発光検出部１における発光検出処理ついてさらに具体的に説明する。
上記のように発光検出部１では、入力映像信号の明るさに関連する所定の特徴量を用い、映像信号の発光量を上記の特徴量との関係によって予め規定しておく。そして、入力映像信号のフレームごとの特徴量から発光量を検出する。

（発光検出処理１）
発光検出処理の第１の例では、特徴量として映像信号の輝度を用い、入力映像信号のフレーム毎に輝度レベルに応じた画素数を積算した輝度ヒストグラムを生成し、そのヒストグラムからフレーム毎に発光している部分を検出する。
図２は、入力映像信号の輝度信号Ｙから生成した輝度ヒストグラムの一例を示すものである。発光検出部１では、入力した映像信号のフレームごとに、輝度階調ごとの画素数を積算してＹヒストグラムを生成する。横軸は輝度Ｙの階調値で、ｍａｘ値は例えば８ビット表現の映像信号であれば２５５階調になる。縦軸は階調値毎に積算した画素数（頻度）を示している。Ｙヒストグラムが生成されると、そのＹヒストグラムから平均値（Ａｖｅ）、標準偏差（σ）を計算し、これらを用いて２つの閾値Ｔｈを計算する。

第２の閾値Ｔｈ２は、発光境界を定めるものであり、Ｙヒストグラムにおいてこの閾値Ｔｈ２以上の画素は、発光している部分であるものとみなして処理を行う。
第２の閾値Ｔｈ２は、
Ｔｈ２ ＝ Ａｖｅ＋Ｎσ ・・・式（１）
とする。Ｎは所定の定数である。

また、第１の閾値Ｔｈ１は、Ｔｈ２より小さい領域の階調性などの違和感を抑えるために設定されるもので、
Ｔｈ１ ＝ Ａｖｅ＋Ｍσ ・・・式（２）
とする。Ｍは所定の定数であり、Ｍ＜Ｎである。

そして、本例ではさらに第３の閾値Ｔｈ３を設定する。第３の閾値Ｔｈ３は、Ｔｈ１とＴｈ２の間にあり、発光量を検出するために設けられる。発光量は発光部の発光の程度を指標として定めるもので、特徴量との関係により予め規定される。本例では、発光量は、以下に示す計算によってスコアとして計算される。
閾値Ｔｈ３は、Ｔｈ２と同じ値でもよいが、Ｔｈ２以上の発光部分にマージンを持たせて広めにとり、処理を行いやすくするために設けられている。従って、
Ｔｈ３＝Ａｖｅ＋Ｑσ（Ｍ＜Ｑ≦Ｎ） ・・・式（３）
となる。

スコア（発光量）は、第３の閾値Ｔｈ３以上の階調値を持つ画素の画素数をカウントし、閾値Ｔｈ３からの距離に重み付けをして算出することにより明るさの度合いを示すもので、例えば、
スコア＝１０００×Σｃｏｕｎｔ［ｉ］×（ｉ²−Ｔｈ３²）／（Σｃｏｕｎｔ［ｉ］×Ｔｈ３²） ・・・式（４）
によって計算される。Σｃｏｕｎｔ［ｉ］は、階調値ｉごとに画素数をカウントして積算したものである。従って、発光部分のうちＴｈ３から離れた高階調の画素が多い場合にはスコアが高くなる。また、Ｔｈ３以上の画素数が一定であっても、階調が高い画素が多い方がスコアは高くなる。

（発光検出処理２）
図３は、特徴量から発光量を検出する他の例を説明するための図である。本例では、入力映像信号の特徴量として、１つの画素を構成するＲＧＢの映像信号の階調値のうち最も高い階調値（Ｍａｘ ＲＧＢ）をフレーム内の全画素で平均した値（Ｍａｘ ＲＧＢ Ａｖｅｒａｇｅ（Ｍａｘ ＲＧＢ Ａｖｅ））を用いる。
そして図３に示すように、検出したＭａｘ ＲＧＢ Ａｖｅと、発光量（スコア）との関係を予め定めておく。この例では、Ｍａｘ ＲＧＢ Ａｖｅが最小であるＣ０から中間点Ｃ１までの領域では、発光量（スコア）はゼロである。つまりこの領域では発光していないものとみなされる。また領域Ｃ１〜Ｃ２（Ｃ１＜Ｃ２）では、Ｍａｘ ＲＧＢ Ａｖｅの増加に応じて発光量も増大する。Ｃ２〜Ｃ３（Ｍａｘ ＲＧＢ Ａｖｅの最大値）までは発光量は最大レベルで一定となる。
発光検出部１では、予め定めた図３に示すような特性に従って、検出したＭａｘ ＲＧＢ Ａｖｅに応じた発光量（スコア）を決定する。

図４は、発光検出部で検出した発光量に応じた輝度エンハンス量の設定例を示す図である。輝度エンハンス量決定部２では、発光検出部１で検出された発光量（スコア）に従ってバックライトの輝度ストレッチに使用する輝度エンハンス量を計算する。輝度エンハンス量は、表示させたい最大輝度を示す量とし、例えば、画面輝度（ｃｄ／ｍ²）や輝度ストレッチの倍率などの値で示すことができる。表示させたい最大輝度とは、例えば、映像信号が最高階調（８ビット表現の場合２５５階調）のときの画面輝度である。

図４の例では、発光量が一定以上に高いレベル（Ｄ２〜Ｄ３（発光量の最大値））の間では、輝度エンハンス量を高いレベルで一定に設定し、高階調の輝いている映像をより高輝度にストレッチして輝き感を増す。この例では、スコアが一定以上の高い部分では、輝度ストレッチ後に取り得る画面の最大輝度が例えば１５００（ｃｄ／ｍ²）となるように設定する。また、Ｄ２よりも発光量が低い領域（Ｄ１（Ｄ１＜Ｄ２）〜Ｄ２）では、発光量が小さくなるほど輝度ストレッチ量が小さくなるように設定する。発光量が最小の領域（Ｄ０（発光量＝０）〜Ｄ１）では、輝度エンハンスを行わない。発光量が小さいため、発光している部分が少なく、輝度エンハンスを行っても効果が少ないからである。この場合の画面の最大輝度は、例えば４５０ｃｄ／ｃｍ²とする。

（バックライトの輝度ストレッチ処理）
図５は、輝度エンハンス量決定部で決定した輝度エンハンス量に応じたバックライト輝度の制御例を示す図である。
バックライト輝度ストレッチ部３では、輝度エンハンス量決定部２で映像信号の発光量（スコア）に応じて決定された輝度エンハンス量を使用して、バックライト部５の光源輝度をストレッチさせる。ここでは、バックライト輝度ストレッチ部３で決定された輝度ストレッチ量に従って、バックライト制御部４がバックライト部５を制御する。

輝度ストレッチは、例えば予め定められた図５の特性に従って行われる。図５において、横軸は輝度エンハンス量決定部２で決定された輝度エンハンス量、縦軸はバックライトの輝度レベルを示すもので、例えばバックライトの駆動デューティや駆動電流値等によって規定される。
例えば、バックライト輝度をストレッチしないで通常点灯したときの画面の最大輝度を４５０ｃｄ／ｍ²とする。ここで発光量が小さく発光している領域がほとんどない場合、輝度エンハンス量は最低レベルであり、バックライトの発光輝度レベルは図５の点Ｅ１で制御される。

点Ｅ１に対応する状態から発光量が高くなってくると、輝度エンハンス量も増加する。この場合、図５に示すように輝度エンハンス量の増大に応じてバックライトの発光輝度が大きくストレッチされる。輝度エンハンス量が最大値の点Ｅ２では、例えば最大の画面輝度が１５００ｃｄ／ｍ²となるようにバックライトの発光輝度をストレッチする。このような制御により、入力映像信号から検出した発光量に応じてバックライトの発光輝度をストレッチすることで、発光している部分の輝き感を増すことができる。

（映像信号の輝度ストレッチ処理１）
図６は、映像信号輝度ストレッチ部における映像信号の輝度ストレッチを説明するめの図で、映像信号の入出力特性の設定例を示す図である。
上述したように、発光検出部１においては、入力映像信号の輝度（Ｙ）ヒストグラムを生成し、その平均値と標準偏差に基づき発光境界を定める第２の閾値Ｔｈ２を決定する。Ｙヒストグラムにおいてこの閾値Ｔｈ２以上の画素は、発光している部分であるものとみなす。映像信号輝度ストレッチ部６では、Ｙヒストグラムに基づき、発光している部分の映像信号をストレッチする映像処理を行う。

このとき、映像信号の入出力特性は、一例として図６ように設定する。図６において、横軸は映像信号の輝度Ｙの入力階調で、縦軸はその入力階調に応じた出力階調である。また、輝度Ｙに代えてＲＧＢ信号の入出力特性を定めるものであってもよい。ＲＧＢ信号の場合は、ＲＧＢ信号のそれぞれに対して以下に示すゲインを適用し、入出力特性を規定する。入出力階調の最大値は、例えば８ビット表現の映像信号であれば２５５階調となる。図６において、Ｔ１は輝度ストレッチ処理後の入出力特性を示す。

入出力特性Ｔ１の設定においては、まず入力階調のポイントＩ１を定める。ポイントＩ１は、予め定めた任意の所定位置に設定される。所定位置は、第２の閾値Ｔｈに応じて動的に変化しない。従って、第２の閾値Ｔｈ２よりポイントＩ１の位置が低階調側にあるときは、ポイントＩ１は第２の閾値Ｔｈ２と同じ値となる。ポイントＩ１は本発明の特性変換点に相当するものである。

このときに、入力Ｉ１に対する出力階調Ｏ１は、予め所定の値に設定しておく。例えば、出力階調の最大値Ｏ２の８０％の位置に設定する。従って、入出力特性Ｔ１においては、入力階調が０〜Ｉ１までの領域では、ポイントＩ１の入力階調が出力階調Ｏ１となるように、入力映像信号に一定ゲインＧ１を与えてストレッチする。ゲインＧ１は、入出力特性Ｔ１の傾きとして表すことができる。ゲインＧ１は、出力階調が決められているＩ１の位置によって決定される。

そして、最大入力階調Ｉ２のときに、入力階調と同階調の最大出力値Ｏ２が出力されるようにし、入力階調Ｉ１〜最大階調Ｉ２までの間は、Ｉ１に対応する出力階調位置と、最大入力値Ｉ２に対応する出力位置階調位置とを線形に結ぶ。Ｉ１〜Ｉ２の領域では、Ｉ１で十分に輝度ストレッチした状態で、入力階調が高くなるに従って徐々に出力輝度を増加させていくことにより、輝度ストレッチ後の白潰れをできるだけ防止し、階調性を表現できるようにしている。

これにより図６に示すような入出力特性Ｔ１が規定される。このときの映像信号のストレッチにより、発光している部分の映像信号の輝度がストレッチされるが、低階調の非発光部分もストレッチされるため、後段のマッピング部７において、非発光部分の映像信号の輝度を再度低減させるトーンマッピング処理を行う。

（映像信号の輝度ストレッチ処理２）
図７は、映像信号輝度ストレッチ部における映像信号の輝度ストレッチの他の処理例を説明するための図である。図６に示す処理例１では、映像信号のＹヒストグラムに応じて、所定出力階調値となるポイントＩ１を設け、これに応じて入力映像信号に適用するゲインを設定した。
これに対して、本処理例の場合、発光検出部１がＹヒストグラムまたはＭａｘ ＲＧＢ Ａｖｅに応じて検出した発光量（スコア）の値に基づいて、映像信号をストレッチするためのゲインを設定する。

図７に示すように、映像信号輝度ストレッチ部６は、予め発光量とゲインとの関係を定めておく。そしてこれらの関係を定めるＬＵＴを作成しておき、このＬＵＴによって発光量に応じたゲインを決定する。ここでは基本的には、発光量が高いほど、映像信号をストレッチするゲインを大きくしていく。また、低発光量の所定領域ではゲインアップしないように設定することができる。発光量が小さいときは発光している部分が少なく、映像信号の輝度ストレッチを行っても効果が少ないからである。

図８は、入力映像信号にゲインを付与してストレッチするときの入出力特性の設定例を示す図である。映像信号輝度ストレッチ部６は、図７に示す関係に基づいて発光量からゲインを決定し、映像信号に適用する。例えば図７の関係から、ゲインＧ２が決定されたものとする。
この場合、図８に示すように、入力階調が最低（０）から所定階調Ｉ３の範囲の入力映像信号に対して、上記の決定したゲインＧ２を適用する。ゲインＧ２は、ゲイン適用後の入出力特性Ｔ２の傾き量として表される。

所定階調Ｉ３は任意に設定できる。例えば、入力階調Ｉ３に対応する出力階調Ｏ３を、最大階調Ｏ４の８０％となる階調に設定する。そして映像信号にゲインＧ２を適用し、出力階調が最大階調の８０％となったときの入力階調をＩ３とする。入力階調がＩ３〜最大階調Ｉ４までの間は、Ｉ３の出力階調位置と、最大階調Ｉ４の出力階調位置とを線形に結ぶ。これにより図８に示すような入出力特性Ｔ２が規定される。Ｉ３は本発明の特性変換点に相当するものである。
このときの映像信号のストレッチにより、発光部分の映像信号の輝度がストレッチされるが、非発光部分もストレッチされるため、後段のマッピング部７において、非発光部分の映像信号の輝度を再度低下させる映像処理を行う。

（マッピング処理１）
上記のように、バックライト輝度ストレッチ部３では、発光量に応じて決定された輝度エンハンス量に従って、バックライト部５の輝度をストレッチさせるストレッチ量を決定する。また、映像信号輝度ストレッチ部６では、Ｙヒストグラムの分布の状態、あるいは検出された発光量に基づいて映像信号をストレッチする。従って、このままでは、入力映像信号の全階調領域で輝度が増大し、所謂黒浮きが生じ易くなって品位が低下するとともにコントラスト感も不足する。
マッピング部７では、映像信号処理によって非発光部分の輝度を低減させる。これにより入力映像信号の発光部分の輝度をストレッチし、非発光部分の輝度は変化させないようにして、コントラスト感を与え、発光している部分の輝き感を際だたせるようにする。

図９は、マッピング部７が生成するトーンマッピングの一例を示す図で、図６に示す輝度ストレッチ処理１により、映像信号のＹヒストグラムに設定したＩ１の位置に従って映像信号をストレッチしたときのトーンマッピング例を示す図である。図９において、横軸は映像信号の入力階調で、縦軸は出力階調である。入出力階調は、映像信号の輝度Ｙ、もしくはＲＧＢの階調とすることができる。ＲＧＢ信号の場合は、ＲＧＢ信号のそれぞれに対して以下に示すゲインを適用し、入出力特性を規定する。

発光検出部１で検出された第２の閾値Ｔｈ２以上の領域は、映像の中で発光しているとみなす部分である。マッピング部７では、映像信号輝度ストレッチ部６で輝度ストレッチされた映像信号に対して、発光している部分を除いて圧縮ゲインを適用してゲインダウンした特性をマッピングする。
このときに、発光境界であるＴｈ２より低階調の領域に一律に一定の圧縮ゲインを適用して出力階調を抑えると、階調性に違和感が生じる。従って、第１の閾値Ｔｈ１を設定し、Ｔｈ１より低階調の領域に対してゲインＧ３を設定し、Ｔｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶようにトーンマッピングを行う。

ゲインＧ３は、バックライト輝度ストレッチ部３による輝度ストレッチ量と、映像信号輝度ストレッチ部６による輝度ストレッチ量との両方に相当する輝度を補償して低減させるもので、画面上で入力映像信号の階調を維持する値に設定する。
ここではバックライト輝度がｂ倍に輝度ストレッチされているものとする。ｂ倍の基準は、図５の点Ｅ１のバックライト輝度であり、このときの輝度に対して何倍に輝度ストレッチされているかを示す。この場合、ｂ倍のバックライト輝度ストレッチ量を映像信号処理で低減させて補償しようとすると、その必要な低減量は、（１／ｂ）^γ倍となる。

また、映像信号輝度ストレッチ部６におけるゲインＧ１による輝度ストレッチ量がａ倍であるものとする。ａ倍の基準は、ゲイン＝１（入力階調＝出力階調）のときの入出力特性である。この場合、マッピング部７の映像処理による輝度低減量は１／ａ倍となる。従って、第１の閾値Ｔｈ１より小さい領域に適用されるゲインＧ３は、（１／ｂ）^γ×（１／ａ）によって設定される。これにより入力映像信号の非発光部分のうち、第１の閾値Ｔｈ１より低階調の範囲では、入力映像信号の階調に応じた画面輝度が維持される。

第２の閾値Ｔｈ２以上のトーンマッピングは、映像信号輝度ストレッチ部６にてストレッチした入出力特性をそのまま使用する。第２の閾値Ｔｈ２以上に設定された入力諧調Ｉ１における入出力特性の特性変換点（ニーポイント）についてもそのまま維持される。これにより、第２の閾値Ｔｈ２以上の発光色の領域においては、映像信号のストレッチとバックライトの輝度ストレッチにより、明るく輝き感のある画像が得られる。

そして第１の閾値Ｔｈ１〜第２の閾値Ｔｈ２までの間は、ゲインＧ３によって低下させた第１の閾値Ｔｈ１の出力階調と、第２の閾値Ｔｈ２の出力階調とを直線で結ぶように設定する。上記の処理により、図９に示すようなトーンマッピングを得る。このときに、Ｔｈ１、Ｔｈ２の接続部分、及び入力階調Ｉ１の特性変換点については、所定の範囲（例えば接続部分±Δ（Δは所定値））を２次関数でスムージングしてもよい。

（マッピング処理２）
図１０は、マッピング部７が生成するトーンマッピングの他の例を示す図で、図８に示す映像信号輝度ストレッチ処理により、映像信号の発光量から設定したゲインに従って映像信号をストレッチしたときのトーンマッピング例を示す図である。図１０において、横軸は映像信号の入力階調で、縦軸は出力階調である。入出力階調は、映像信号の輝度Ｙ、もしくはＲＧＢの階調とすることができる。ＲＧＢ信号の場合は、ＲＧＢ信号のそれぞれに対して以下に示すゲインを適用し、入出力特性を規定する。

本例においても図１０の第１の処理例と同様に、映像信号輝度ストレッチ部６で輝度ストレッチされた映像信号に対して、発光している部分を除いて圧縮ゲインを適用してゲインダウンする。この場合、図９の例と同様に第１の閾値Ｔｈ１を設定し、Ｔｈ１より小さい領域に対してゲインＧ３を設定し、Ｔｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶようにトーンマッピングを行う。
ゲインＧ３は、バックライト輝度ストレッチ部３による輝度ストレッチ量と、映像信号輝度ストレッチ部６による輝度ストレッチ量との両方に相当する輝度を低減させるもので、バックライト輝度がｂ倍に輝度ストレッチされ、映像信号輝度ストレッチ部６におけるゲインＧ２による輝度ストレッチ量がａ倍であるものとすると、第１の閾値Ｔｈ１より小さい領域に適用されるゲインＧ３は、（１／ｂ）^γ×（１／ａ）になる。これにより入力映像信号の非発光部分のうち、第１の閾値Ｔｈ１より低階調の領域では、入力映像信号の階調に応じた画面輝度が維持される。

また、第２の閾値Ｔｈ２以上のトーンマッピングは、映像信号輝度ストレッチ部６にてストレッチした入出力特性をそのまま使用する。これにより、第２の閾値Ｔｈ２以上の発光色の領域においては、映像信号のストレッチとバックライトの輝度ストレッチにより、明るく輝き感のある画像が得られる。
そして第１の閾値Ｔｈ１〜第２の閾値Ｔｈ２までの間は、ゲインＧ３によって低下させた第１の閾値Ｔｈ１の出力階調と、第２の閾値Ｔｈ２の出力階調とを直線で結ぶように設定する。上記の処理により、図１０に示すようなトーンマッピングを得る。映像信号輝度ストレッチ部６で設定された入力階調Ｉ３の特性変換点（ニーポイント）は、第２の閾値Ｔｈ２より小さければ維持されず、第１の閾値Ｔｈ１と第２の閾値Ｔｈ２との出力階調を結ぶ線に吸収される。従って新たな特性変換点が第２の閾値Ｔｈ２の出力階調部分に設定される。このときに、Ｔｈ１、Ｔｈ２の接続部分については、所定の範囲（例えば接続部分±Δ（Δは所定値））を２次関数でスムージングしてもよい。

図１１は、画面輝度がストレッチされる状態の一例を示す図である。横軸は入力映像信号の階調値で、縦軸は表示部９の画面輝度（ｃｄ／ｍ²）である。
Ｓ１は最小階調の階調値、Ｓ２は第１の閾値Ｔｈ１の階調値、Ｓ３は第２の閾値Ｔｈ２の階調値に相当する。Ｓ１〜Ｓ２までの入力階調値の場合には、上記のように、バックライトの輝度ストレッチ及び映像信号のストレッチにより増加する画面輝度分を低減させるように映像信号のトーンマッピングが行われている。このため、Ｓ１〜Ｓ２では第１のγカーブ（γ１）で画面表示される。第１のγカーブ（γ１）は、例えば、最大階調値のときに画面輝度が４５０ｃｄ／ｍ²になるような標準の輝度である。

階調が低く暗い映像の場合には、輝度を上げて表示させるとコントラストの低下や黒浮き等の品位の低下が生じるため、バックライトの輝度ストレッチ分及び映像信号の輝度ストレッチ分だけ映像信号処理により輝度を抑えて画面輝度が上がらないようにする。なお、Ｓ１〜Ｓ２までのγカーブは、上記の標準的な第１のγカーブ（γ１）に一致させる必要はなく、発光部分のストレッチ領域との差を持たせるレベルのものであれば、ゲインＧ３を適宜調整して設定することができる。

また、Ｓ２〜Ｓ３では、Ｔｈ１〜Ｔｈ２のトーンマッピングに応じて、入力階調の増大とともに画面輝度が第１のγカーブ（γ１）を離れて上昇し、第２の閾値Ｔｈ２に相当するＳ３付近で第２のγカーブ（γ２）のレベルにまで増大する。その後、画面輝度の増大率が低化して（傾きが緩やかになり）入力最高階調に達する。第２のγカーブ（γ２）は、図６のゲインＧ１、もしくは図８のゲインＧ２で映像信号をストレッチしたときの画面輝度をγカーブで示すものである。また、Ｓ３より高階調領域の画面輝度の増大率を低減させることにより、輝度ストレッチによる高階調領域の潰れを防ぎ、できるだけ階調表現を維持する。こうして、高階調領域の輝き感とコントラスト感とを有する高品位の映像表示を行うことができる。

図１２は、本発明に係る輝度ストレッチ処理の効果を説明するための図で、輝度ストレッチ処理の前後における輝度ヒストグラムの状態の一例を示す図である。図１２において、ｈ１は輝度ストレッチ処理を行う前の入力映像信号から取得した輝度ヒストグラム、ｈ２は、ｈ１の輝度ヒストグラムに対して、上記輝度ストレッチ１及びマッピング処理１によりトーンマッピングしたときの輝度ヒストグラム、ｈ３は、ｈ１の輝度ヒストグラムに対して、上記輝度ストレッチ２及びマッピング処理２によりトーンマッピングしたときの輝度ヒストグラムを示す。

この例では、入力映像信号の輝度ヒストグラムｈ１は、第１の閾値Ｔｈ１より小さい低階調領域に多くの画素が存在し、第２の閾値Ｔｈ２より大きい高階調領域にもまとまった画素が存在している。つまり、比較暗い画面の中に、発光しているとみなされる明るい部分が存在しているような画像である。

輝度ストレッチ１及びマッピング処理１は、入力映像信号の輝度ヒストグラムから第２の閾値Ｔｈ２を設定し、最低階調からＴｈ２以上の点Ｉ１までの領域をゲインアップし、マッピング処理によって非発光部分である第１の閾値Ｔｈ１より低階調領域の輝度を低減させたものである。この処理により得られる輝度ヒストグラムｈ２では、低輝度の非発光部分は輝度ストレッチされずに入力映像信号の階調が維持される。また、Ｔｈ２の発光境界より高階調側にある発光している画素群は、輝度ストレッチによりさらに高階調側にシフトする。つまり発光している部分のみが輝度ストレッチされ、コントラスト感と輝き感が増す。

輝度ストレッチ２及びマッピング処理２は、入力映像信号から検出した発光量に基づいてゲインを決定し、決定したゲインを低階調領域に適用してゲインアップし、マッピング処理によって、非発光部分である第１の閾値Ｔｈ１より低階調領域の輝度を低減させたものである。

この処理により得られる輝度ヒストグラムｈ３では、ヒストグラムｈ２と同様に低輝度の非発光部分は輝度ストレッチされずに入力映像信号の階調が維持されるが、高階調側の発光しているとみなされた画素群は、ヒストグラムＴｈ２よりもさらに高階調側にシフトする。輝度ストレッチ１及びマッピング処理１では、輝度ヒストグラムの分布状態（Ａｖｅ．，σ）に基づき設定した閾値（第２の閾値Ｔｈ２）により、輝度ストレッチをしているが、輝度ストレッチ２及びマッピング処理２では、発光部分の画素の個数を重み付けして積算し、これに基づいて輝度ストレッチを行っている。従って、高階調な領域に多くの画素群がある映像の場合などでは、輝度ストレッチ量が大きくなり、ヒストグラムＴｈ２の場合よりもさらに輝き感が増し、コントラスト感が向上する。

上記の例は、良好な効果が得られるときの映像の状態の一例を示すものであり、いずれの処理の場合であっても、バックライトの輝度ストレッチ及び映像の輝度ストレッチとトーンマッピングにより、コントラスト感を向上させ、明るい部分の輝き感を増して高品位の映像表現を行うことが可能となる。

１…発光検出部、２…輝度エンハンス量決定部、３…バックライト輝度ストレッチ部、４…バックライト制御部、５…バックライト部、６…映像信号輝度ストレッチ部、７…マッピング部、８…表示制御部、９…表示部。

Claims (5)

1. 入力映像信号を表示する表示部と、該表示部を照明する光源と、該表示部および該光源を制御する制御部とを有し、
   該制御部は、前記入力映像信号の明るさに関連する所定の特徴量に基づいて前記光源の輝度をストレッチするとともに、前記特徴量もしくは他の特徴量に基づき、入力映像信号の発光部を検出し、該発光部の映像信号をストレッチして前記表示部に表示する映像表示装置であって、
   前記制御部は、入力映像信号の入力階調を変換して出力する映像処理を行い、
   前記映像処理は、前記入力映像信号に所定のゲインを与えて映像信号をストレッチさせた後、前記発光部を除く非発光部の所定領域において、圧縮ゲインを与えて出力階調を低減させる処理を含み、
   前記圧縮ゲインは、前記非発光部の所定領域において、前記光源の輝度のストレッチ及び前記ゲインの適用による映像信号のストレッチにより増加する表示輝度を低減させる値とすることを特徴とする映像表示装置。
2. 請求項１に記載の映像表示装置において、
   前記特徴量は、入力映像信号の輝度値であり、
   前記制御部は、前記入力映像信号のフレーム毎の輝度ヒストグラムに基づいて、該ヒストグラムに応じて予め規定された前記発光部を検出し、該検出した発光部を含む所定範囲の入力映像信号について、画素毎の輝度に重みを付けて画素数をカウントしたスコアに応じて予め規定された発光量を検出し、該検出した発光量に応じて前記光源の輝度をストレッチすることを特徴とする映像表示装置。
3. 請求項２に記載の映像表示装置において、
   前記映像処理は、前記入力映像信号のフレーム毎の輝度ヒストグラムに基づいて、該ヒストグラムに応じて予め規定された前記発光部を検出し、該検出した前記発光部の領域内に、所定の特性変換点を設定し、前記特性変換点における入力映像信号の入力階調が所定の出力階調にまでストレッチされるように、前記特性変換点より低い階調の映像信号にゲインを適用し、前記特性変換点以上の入力階調では、前記特性変換点のゲイン適用後の出力階調と最大出力階調とを結ぶように入力階調に対する出力階調を設定する処理を含むことを特徴とする映像表示装置。
4. 請求項２に記載の映像表示装置において、
   前記映像処理は、映像信号に適用するゲインと前記発光量との関係を予め定めておき、入力映像信号から検出した前記発光量に応じてゲインを決定し、入力映像信号に前記決定したゲインを適用してストレッチし、前記ゲインの適用後の出力階調が所定の出力階調にまでストレッチされた点の入力階調を特性変換点とし、該特性変換点より低い階調では、前記ゲインを適用した出力階調で映像信号を出力し、該特性変換点以上の入力階調では、特性変換点のゲイン適用後の出力階調と最大出力階調とを結ぶように入力階調に対する出力階調を設定する処理を含むことを特徴とする映像表示装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１に記載の映像表示装置を備えたテレビ受信装置。

Images