JP5353990B2 - 画像表示装置、及び画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像信号を入力し、前記画像信号に応じた画像を表示する画像表示装置、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、光源から射出された光を、光変調装置（液晶ライトバルブ等）で画像信号に応じて変調し、この変調光をスクリーン等に拡大投写して画像を表示するプロジェクタが知られている。光変調装置は、複数の画素を備えており、画像信号が表す階調情報に応じて、光の透過率を画素毎に制御することにより、画像信号に応じた画像を形成している。

さらに、有効な階調範囲を伸張するために各画素の階調（透過率）を補正する伸張手段と、前記補正に合わせて、光変調装置の各画素に入射する光量を略一様に低減することが可能な調光手段を備えたプロジェクタが提案されている。これによれば、例えば、暗い画像を表示する際に、調光手段による光量の低減と、伸張手段による階調範囲の伸張とを行うことにより、有効な階調数を増やし（ダイナミックレンジを拡大し）、コントラスト感を向上させることが可能になる。

このようなプロジェクタでは、伸張処理や調光処理が画像の変化に追従できないと、シーンの切り替わりの直後において画像の劣化（白飛びや黒潰れ等）が生じやすい。例えば、暗いシーンから急に明るいシーンへ切り替わる際に、輝度変化に追従できずに暗いシーンに適した過剰な伸張を施してしまい、白飛びが生じてしまう。一方、逐次変化する画像の明るさに追従して伸張や調光を行うと、白飛び等を抑制することは可能となるが、画面がちらついてしまうという問題を有している。このため、シーンの変化を検出し、その検出結果に応じた調光や伸張が可能なプロジェクタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−７９９９４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の映像表示装置のように、１フレーム内における平均輝度等を抽出し、その時間的な変化に基づいてシーンの変化を検出する構成では、画像全体における明るさの傾向しか把握できず、劣化が発生する位置を考慮した調光や伸張ができないという問題を有している。このため、例えば、鑑賞者が注視しがちな画像の中央部で白飛びが発生する場合でも、その範囲が小さければ大きな輝度変化とはならず、シーンの変化として検出されないため、白飛びの抑制がされないでしまったり、鑑賞者が注視することが少ない画像の周縁部で発生する白飛びを抑制しようとして、画像がちらついてしまったりする恐れがある。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、階調範囲の伸張に伴って画像が劣化する場合に、その劣化位置に応じた伸張処理を行うことが可能な画像表示装置、及び画像表示方法を提供することにある。

本発明の画像表示装置は、入射した光を光変調装置によって変調し、入力した画像信号に応じた画像を表示する画像表示装置であって、前記画像信号に基づいて、前記画像信号が表す階調情報に応じた特徴量を抽出する特徴量抽出部と、前記特徴量に基づいて、前記階調情報の階調範囲を伸張するための伸張パラメータを決定するパラメータ決定部と、前記階調範囲を伸張するために、前記伸張パラメータを用いて前記階調情報を補正する伸張処理部と、前記伸張処理部で補正された階調情報に基づいて、前記光変調装置を駆動する変調駆動部とを備え、前記パラメータ決定部は、前記階調範囲の伸張に伴って画像が劣化する劣化領域を検出するとともに、当該劣化領域について、その面積及び位置に応じた評価を行い、当該評価結果に基づいて前記伸張パラメータを決定することを特徴とする。

この画像表示装置によれば、パラメータ決定部が、階調範囲の伸張に伴って画像が劣化する劣化領域を検出するとともに、伸張するためのパラメータを当該劣化領域の位置に応じて決定するため、劣化の発生位置に応じた伸張処理を行うことが可能となる。

この画像表示装置において、前記パラメータ決定部は、前記画像を複数の小領域に区分するとともに、前記各小領域に対して、その位置に応じた重み付けを行い、前記各小領域内における劣化領域の面積、及び前記各小領域に付与された重みに応じて前記評価を行うようにしてもよい。

この画像表示装置によれば、位置に応じて重み付けがなされた小領域毎に、劣化領域の評価を行うため、劣化領域の位置の特定が容易になり、位置に応じた評価を容易に行うことが可能となる。

この画像表示装置において、前記パラメータ決定部は、前記画像を、位置に応じた重みによって異なる面積を有する小領域に区分し、前記各小領域の面積に対する前記各小領域内の劣化領域の面積に応じて前記評価を行うようにしてもよい。

この画像表示装置によれば、区分された小領域は、その面積によって位置に応じた重み付けがなされているため、前記評価を行う際に、位置に応じた重みをあらためて考慮する必要がない。

この画像表示装置において、前記パラメータ決定部は、前記階調範囲を明るい側に伸張するのに伴って画像が白飛びする白飛び領域を検出するとともに、当該白飛び領域について、その面積及び位置に応じた評価を行い、当該評価結果に基づいて、前記階調範囲を明るい側に伸張するための伸張パラメータを決定することが望ましい。

この画像表示装置によれば、パラメータ決定部が、階調範囲を明るい側へ伸張（白側伸張）するのに伴って画像が白飛びする白飛び領域を検出するとともに、伸張するためのパラメータを当該白飛び領域の位置に応じて決定するため、白飛びの発生位置に応じた伸張処理を行うことが可能となる。

この画像表示装置において、前記パラメータ決定部は、前記劣化領域が前記画像の中央に位置するほど、前記劣化を抑制可能な伸張パラメータに決定することが望ましい。

この画像表示装置によれば、鑑賞者が注視しがちな画像の中央部の劣化を抑制することが可能となるため、鑑賞者に劣化の発生を意識させずに済む。なお、劣化領域が、鑑賞者が注視することが少ない画像の周縁部に発生する場合には、劣化の抑制よりもちらつきの防止を重視した伸張パラメータに決定することにより、劣化の抑制に伴って画像がちらつくのを防ぐことが可能となる。

この画像表示装置において、前記パラメータ決定部は、前記劣化領域が前記画像の中央に位置する場合には、前記劣化を生じさせない範囲で、前記階調範囲を最も伸張可能な伸張パラメータに決定することが望ましい。

この画像表示装置によれば、鑑賞者が注視しがちな画像の中央部での劣化の発生を抑制するため、鑑賞者に劣化を注視されずに済むとともに、階調範囲を最も伸張可能な伸張パラメータに決定するため、画像のコントラスト感を向上することが可能となる。

この画像表示装置において、前記光変調装置に入射する光、及び前記光変調装置によって変調された光の少なくとも一方の光量を調整可能な調光手段と、前記調光手段を駆動する調光駆動部とを備え、前記パラメータ決定部は、前記評価結果に基づいて、前記調光手段による調光量を定めるための調光パラメータを決定し、前記調光駆動部は、前記調光パラメータを用いて前記調光手段を駆動するようにしてもよい。

この画像表示装置によれば、調光手段を備えているため、階調範囲の伸張に伴う輝度の変化を、調光手段による調光によって抑制することが可能となる。

本発明の画像表示方法は、入力した画像信号に基づいて、前記画像信号が表す階調情報に応じた特徴量を抽出する特徴量抽出工程と、前記特徴量に基づいて、前記階調情報の階調範囲を伸張するための伸張パラメータを決定するパラメータ決定工程と、前記階調範囲を伸張するために、前記伸張パラメータを用いて前記階調情報を補正する伸張処理工程と、前記伸張処理工程で補正された階調情報に基づいて、入射した光を光変調装置によって変調する変調工程とを備え、前記パラメータ決定工程では、前記階調情報の伸張に伴って画像が劣化する劣化領域を検出するとともに、当該劣化領域について、その面積及び位置に応じた評価を行い、当該評価結果に基づいて前記伸張パラメータを決定することを特徴とする。

この画像表示方法によれば、パラメータ決定工程において、階調範囲の伸張に伴って画像が劣化する劣化領域を検出するとともに、伸張するためのパラメータを当該劣化領域の位置に応じて決定するため、劣化の発生位置に応じた伸張処理を行うことが可能となる。

また、上述した画像表示装置及び画像表示方法が、画像表示装置に備えられたコンピュータを用いて構築されている場合には、本発明は、その機能を実現するためのプログラム、或いは当該プログラムを前記コンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体等の態様で構成することも可能である。記録媒体としては、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＩＣカード、ＲＯＭカートリッジ、パンチカード、バーコード等の符号が印刷された印刷物、プロジェクタの内部記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭ等のメモリ）、及び外部記憶装置等、前記コンピュータが読み取り可能な種々の媒体を利用することができる。

実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す構成図。 プロジェクタの回路構成を説明するためのブロック図。 シーンチェンジ検出部の詳細構成を示すブロック図。 第１の検出部７２ａの動作を説明するフローチャート。 第２の検出部７２ｂの動作を説明するフローチャート。 第３の検出部７２ｃの動作を説明するフローチャート。 白飛び評価値計算部の動作を説明する説明図。 白飛び評価値の導出方法の変形例を説明する第１の説明図。 白飛び評価値の導出方法の変形例を説明する第２の説明図。

以下、本発明の実施形態に係る画像表示装置として、光源から射出された光を画像信号に応じて変調し、この変調光をスクリーン等に拡大投写して画像を表示するプロジェクタについて説明する。
図１は、本実施形態のプロジェクタの概略構成を示す構成図であり、光源から射出された光がスクリーンに至るまでの光路を示している。
図１に示すように、プロジェクタ１は、照明光学系１０と、色光分離光学系２０と、リレー光学系３０と、光変調装置としての３つの液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５０と、投写レンズ６０とを備えている。

照明光学系１０は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電型光源ランプからなる光源１１と、第１のレンズアレイ１２と、第２のレンズアレイ１３と、偏光変換素子１４と、重畳レンズ１５と、調光素子１６とを備えている。光源１１から射出された光線束は、微小なレンズ１２ａがマトリクス状に配置された第１のレンズアレイ１２によって多数の微小な光線束に分割される。第２のレンズアレイ１３及び重畳レンズ１５は、分割された光線束のそれぞれが、照明対象である３つの液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの全体を照射するように備えられている。このため、各光線束が液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂで重畳され、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの全体がほぼ均一に照明される。

ここで、第１及び第２のレンズアレイ１２，１３間の光路には、調光素子１６が備えられている。調光素子１６は、ルーバー１６ａの回動により第１のレンズアレイ１２から射出される光を絞ることが可能となっており、第１のレンズアレイ１２によって分割された光線束の一部を遮ることができる。このため、調光素子１６の絞り量に応じて、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを照明する光の量が略一様に制限される。

偏光変換素子１４は、光源１１からの光を液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂで効率よく利用可能とするため、特定の偏光方向を有する偏光光に揃える機能を有している。照明光学系１０を射出した偏光光は、色光分離光学系２０に入射する。

色光分離光学系２０は、第１のダイクロイックミラー２１と、第１の反射ミラー２２と、第２のダイクロイックミラー２３とを備えており、照明光学系１０から射出された光を、波長域の異なる３色の光に分離する。第１のダイクロイックミラー２１は、略赤色の光を透過させるとともに、透過する光よりも短波長の光を反射する。第１のダイクロイックミラー２１を透過した赤色光Ｒは、第１の反射ミラー２２で反射されて赤色光用の液晶ライトバルブ４０Ｒを照明する。

第１のダイクロイックミラー２１で反射された光のうち、緑色光Ｇは、第２のダイクロイックミラー２３によって反射されて緑色光用の液晶ライトバルブ４０Ｇを照明する。また、青色光Ｂは、第２のダイクロイックミラー２３を透過し、リレー光学系３０を通過して、青色光用の液晶ライトバルブ４０Ｂを照明する。

なお、青色光Ｂの経路は、他の色光の経路に比べて長くなってしまうことから、光線束の発散によって液晶ライトバルブ４０Ｂへの照明効率が低下するのを抑制するために、青色光Ｂの経路には、リレー光学系３０が設けられている。リレー光学系３０は、入射側レンズ３１と、第２の反射ミラー３２と、リレーレンズ３３と、第３の反射ミラー３４と、射出側レンズ３５とを備えている。色光分離光学系２０から射出した青色光Ｂは、入射側レンズ３１によってリレーレンズ３３の近傍で収束し、射出側レンズ３５に向けて発散する。

液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂのそれぞれは、一対の透明基板間に液晶が封入された液晶パネル４１を備えており、液晶パネル４１の内面には、液晶に対して微小領域（画素）毎に駆動電圧を印加可能な透明電極（画素電極）がマトリクス状に形成されている。液晶パネル４１の入射側表面及び射出側表面には、それぞれ入射側偏光板４２及び射出側偏光板４３が貼り付けられている。入射側偏光板４２及び射出側偏光板４３は、それぞれ特定の偏光方向の偏光光のみを透過可能であり、入射側偏光板４２は、偏光変換素子１４によって揃えられた偏光方向の偏光光を透過可能となっている。このため、各液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに入射する各色光の大部分は入射側偏光板４２を透過して、液晶パネル４１に入射する。

ここで、液晶パネル４１の各画素に、画像信号に応じた駆動電圧が印加されると、液晶パネル４１に入射した光は、駆動電圧に応じて変調され、画素毎に異なる偏光方向を有した偏光光となる。この偏光光のうち、射出側偏光板４３を透過可能な偏光成分のみが液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂから射出される。つまり、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂが、画像信号に応じて、画素毎に異なる透過率で入射光を透過させることによって、階調を有する光学像が色光毎に形成される。液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂから射出した各色光からなる光学像は、クロスダイクロイックプリズム５０に入射する。

クロスダイクロイックプリズム５０は、各液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂから射出された各色の光学像を、画素毎に合成してカラー画像を表す光学像を形成する。クロスダイクロイックプリズム５０によって合成された光学像は、投写レンズ６０によってスクリーンＳＣに拡大投写され、画像として表示される。

図２は、プロジェクタ１の回路構成を説明するためのブロック図である。
図２に示すように、プロジェクタ１は、図１に示した構成要素に加えて、画像信号処理部７０、特徴量抽出部７１、シーンチェンジ検出部７２、伸張係数計算部７３、調光係数計算部７４、係数切換部７５、伸張処理部７６、調光駆動部７７、変調駆動部としてのライトバルブ駆動部７８等を備えている。プロジェクタ１は、暗い画像を表示する際、伸張処理部７６によって階調範囲を明るい側に伸張するとともに、調光素子１６による調光（光量の低減）を行うことによって、有効な階調数を増やし（ダイナミックレンジを拡大し）、コントラスト感を向上させることができる。なお、具体的には、プロジェクタ１は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるコンピュータを備えており、前記ＣＰＵが前記ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従って動作することにより、上記各部７０〜７６が実現されている。

画像信号処理部７０は、外部から各種形式の画像信号を入力可能になっており、入力した画像信号に基づいて、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、各色の階調を１０ビットの輝度値（０〜１０２３）で表したデジタルの画像信号ＲＧＢ及び輝度信号Ｙを生成する。なお、輝度信号Ｙは、各色を合成した際の輝度を表す１０ビットの輝度値からなり、画像信号ＲＧＢに基づいて、Ｙ＝０．２９９Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１４４Ｂ（Ｒ，Ｇ，Ｂは、各色の輝度値）のように算出することも可能である。生成した画像信号ＲＧＢは伸張処理部７６に出力され、輝度信号Ｙは、特徴量抽出部７１及びシーンチェンジ検出部７２に出力される。

特徴量抽出部７１は、入力した輝度信号Ｙから、画像の明るさ（輝度値）に基づいた各種特徴量を１フレーム（１画面）毎に抽出する。特徴量としては、１フレーム内の最大輝度値（白ピーク値）や、１フレーム内の平均輝度を表すＡＰＬ（Average Picture Level：平均画像レベル）、１フレーム内における各輝度値の度数分布を表すヒストグラム等が抽出又は導出され、本実施形態では、白ピーク値及びヒストグラムがシーンチェンジ検出部７２に、白ピーク値及びＡＰＬが伸張係数計算部７３及び調光係数計算部７４に出力される。

伸張係数計算部７３は、入力した白ピーク値とＡＰＬとに基づき、ＬＵＴ（Look Up Table）等を用いて、画像信号ＲＧＢの各輝度値を伸張する倍率（伸張率）を導くための伸張係数Ｇを導出する。ここで、伸張係数Ｇは、８ビットの数値（０〜２５５）で表すものとし、伸張率を１＋Ｇ／２５６と定義することにより、各輝度値を１倍〜約２倍の範囲で伸張することができる。

調光係数計算部７４は、入力した白ピーク値とＡＰＬとに基づき、ＬＵＴ等を用いて、調光素子１６の調光量（絞り量）を導くための調光係数Ｌを導出する。調光係数Ｌについても、８ビットの数値（０〜２５５）で表すものとし、数値が小さいほど、絞り量が大きくなる（液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを照明する光量が小さくなる）。なお、設定すべき調光量（絞り量）は、導出した伸張率に応じて変化する（伸張率が大きいほど光量を減らす必要がある）ため、伸張係数計算部７３で導出した伸張係数Ｇに基づいて調光係数Ｌを導出するようにしてもよい。

本実施形態では、伸張係数計算部７３及び調光係数計算部７４は、入力した特徴量（白ピーク値やＡＰＬ）に応じて、それぞれ２種類の伸張係数Ｇ₀，Ｇ_Newと、２種類の調光係数Ｌ₀，Ｌ_Newを導出可能になっている。

伸張係数Ｇ₀、調光係数Ｌ₀は、処理対象となる１つのフレームにおいて、ダイナミックレンジを拡大するには理想的な係数であり、当該フレームの白ピーク値及びＡＰＬから導出した係数である。この伸張係数Ｇ₀及び調光係数Ｌ₀を用いて伸張処理、調光処理を行うと、各フレームにおいて、高いコントラスト感を得ることが可能となるが、画像の時間的な輝度変化に伴うちらつきが目立ちやすい。一方、伸張係数Ｇ_New、調光係数Ｌ_Newは、平準化された係数であり、過去（１フレーム前〜数フレーム前）に用いた係数を加味して定められる。この伸張係数Ｇ_New及び調光係数Ｌ_Newを用いて伸張処理、調光処理を行うと、平準化された伸張・調光処理が施されるため、ちらつきを目立たなくすることが可能となるが、画像の時間的な輝度変化に追従できず、白飛びが生じやすい。

なお、入力した白ピーク値が小さいほど、白飛びを発生させずに輝度値を大きく伸張することが可能であるため、伸張係数計算部７３及び調光係数計算部７４において各係数を導出する際には、白ピーク値が小さいほど、伸張係数Ｇを大きく（調光係数Ｌは小さく）するのが望ましい。また、入力したＡＰＬの値が小さく白ピーク値から離れているほど、伸張処理により白飛びが発生する画素が限られることから、ＡＰＬが小さいほど伸張係数Ｇが大きく（調光係数Ｌは小さく）なるよう加味するのが望ましい。

伸張係数計算部７３で導出された２つの伸張係数Ｇ₀，Ｇ_Newは、シーンチェンジ検出部７２及び係数切換部７５に出力され、調光係数計算部７４で導出された２つの調光係数Ｌ₀，Ｌ_Newは、係数切換部７５に出力される。

係数切換部７５は、シーンチェンジ検出部７２からの制御信号に基づいて、入力した２つの伸張係数Ｇ₀，Ｇ_Newと、２つの調光係数Ｌ₀，Ｌ_Newのうち、伸張係数Ｇ₀及び調光係数Ｌ₀、或いは、伸張係数Ｇ_New及び調光係数Ｌ_Newのいずれかの組み合わせを、それぞれ伸張処理部７６及び調光駆動部７７に出力する。

伸張処理部７６は、画像信号処理部７０から入力した画像信号ＲＧＢの各輝度値に対して、係数切換部７５から入力した伸張係数Ｇ（Ｇ₀又はＧ_New）に応じた伸張率（１＋Ｇ／２５６）を乗じて伸張（補正）する。なお、伸張率を乗じた結果、輝度値の最大値（１０２３）を超える画素については、１０２３をその輝度値とする。伸張された輝度値は、ライトバルブ駆動部７８に出力され、ライトバルブ駆動部７８は、伸張された輝度値に応じて液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを駆動する。

調光駆動部７７は、調光素子１６の絞り量が、入力した調光係数Ｌ（Ｌ₀又はＬ_New）に応じた値となるように、調光素子１６のルーバー１６ａを駆動する。

シーンチェンジ検出部７２は、フレーム毎に特徴量抽出部７１から入力する１フレーム内の白ピーク値とヒストグラムとに基づいて、暗い画像から明るい画像へと切り替わるシーンチェンジを検出可能になっており、この検出結果に応じた制御信号を係数切換部７５に出力する。より具体的には、シーンチェンジ検出部７２は、シーンチェンジが検出されない期間においては、ちらつきを抑制可能な係数（伸張係数Ｇ_New及び調光係数Ｌ_New）が選択されるような制御信号を係数切換部７５に出力し、シーンチェンジを検出した場合には、理想の係数（伸張係数Ｇ₀及び調光係数Ｌ₀）を選択させることにより、白飛びを抑制する。なお、理想の係数を用いた伸張処理、調光処理は、時間的な平準化を伴わず、画像の輝度変化に敏感に追従するため、当該処理のことを、高速化処理とも呼ぶ。

本実施形態のシーンチェンジ検出部７２は、以下の３つの状態を検出したときに、シーンチェンジとして認識し、高速化処理を行うべき制御信号を出力する。
（１）シーンの変わり目に意図的に挿入されることが多い黒画面（全体が黒若しくは暗い画面）の状態から急に明るい画面に切り替わったとき。
（２）伸張係数Ｇ_Newを用いて伸張処理することにより、全体（大域）的に多くの画素で白飛びが発生しそうなとき。
（３）伸張係数Ｇ_Newを用いて伸張処理することにより、鑑賞者が注視する画像中央部（局所）で所定量の白飛びが発生しそうなとき。

ここで、シーンチェンジ検出部７２の詳細について、図面を用いて詳述する。
図３は、シーンチェンジ検出部７２の詳細構成を示すブロック図である。
図３に示すように、シーンチェンジ検出部７２は、黒画面からの輝度上昇に基づいてシーンチェンジを検出する第１の検出部７２ａと、大域的な白飛びに基づいてシーンチェンジを検出する第２の検出部７２ｂと、局所的な白飛びに基づいてシーンチェンジを検出する第３の検出部７２ｃと、論理和回路７２ｄと、各種設定値等を記憶するメモリ（図示せず）とを有している。

第１の検出部７２ａは、黒画面検出部８１と、高速化処理開始判定部８２とで構成される。黒画面検出部８１は、対象とするフレーム（以降、現フレームとも言う）が黒画面の状態にあるか否かを判断し、黒画面である場合にフラグＦ_Blackを真にする。高速化処理開始判定部８２は、フラグＦ_Blackが真である場合、つまり現フレーム以前に黒画面の状態にあった場合に、現フレームにおいて急に明るい画面に切り替わったか否かを判断し、切り替わった場合には、シーンチェンジと認識し、フラグＦ_BStartを真にする。

図４は、第１の検出部７２ａの動作を説明するフローチャートである。
図４に示すように、ステップＳ１０１では、黒画面検出部８１が、フラグＦ_Blackが真（TRUE）であるか否か、即ち、過去のフレームにおいて黒画面が検出された状態であるか否かを判断する。フラグＦ_Blackが偽（FALSE）である場合にはステップＳ１０２に移行し、フラグＦ_Blackが真である場合にはステップＳ１０４に移行する。

フラグＦ_Blackが偽であり、ステップＳ１０２に移行した場合には、黒画面検出部８１は、現フレームが黒画面であるか否かを判断する。具体的には、特徴量抽出部７１から入力した白ピーク値と、事前にメモリに記憶されている閾値Ｔｈ_Blackとを比較して、白ピーク値が閾値Ｔｈ_Black未満である場合に黒画面と判断する。黒画面と判断された場合にはステップＳ１０３に移行し、黒画面と判断されなかった場合には、現フレームでの処理を終了する。
黒画面と判断されてステップＳ１０３に移行した場合には、黒画面検出部８１は、フラグＦ_Blackを真として、現フレームでの処理を終了する。

フラグＦ_Blackが真であって、ステップＳ１０４に移行した場合には、高速化処理開始判定部８２が、黒画面の状態から急に明るい画面に切り替わったか否かを判断する。具体的には、まず、伸張係数計算部７３から入力した２つの伸張係数Ｇ₀，Ｇ_Newの差Ｇ_New−Ｇ₀を算出する。ここで、伸張係数Ｇ_Newは過去のフレームにおける輝度状態を考慮した係数であり、伸張係数Ｇ₀は現フレームのみの輝度状態に依存する係数であるため、過去よりも輝度が明るくなる場合には、Ｇ_New＞Ｇ₀となり、輝度の変化が大きいほどその差Ｇ_New−Ｇ₀は大きくなる。このため、高速化処理開始判定部８２は、算出した差Ｇ_New−Ｇ₀と、事前にメモリに記憶されている閾値Ｔｈ_Startとを比較して、差Ｇ_New−Ｇ₀が閾値Ｔｈ_Startを超える場合に、黒画面から急に明るくなったと判断する。黒画面から急に明るくなったと判断された場合、つまり、差Ｇ_New−Ｇ₀が閾値Ｔｈ_Startを超える場合には、ステップＳ１０５に移行し、差Ｇ_New−Ｇ₀が閾値Ｔｈ_Start以下である場合には、現フレームでの処理を終了する。
黒画面から急に明るくなったと判断されてステップＳ１０５に移行した場合には、高速化処理開始判定部８２は、フラグＦ_BStartを真として、現フレームでの処理を終了する。

図３に戻って、第２の検出部７２ｂは、ヒストグラム解析部８３と、大域白飛び判定部８４とで構成される。ヒストグラム解析部８３は、特徴量抽出部７１から入力したヒストグラムと、伸張係数計算部７３から入力した伸張係数Ｇ_Newとから、伸張処理によって白飛びが生じ得る画素数Ｐ_Satを推定する。大域白飛び判定部８４は、画像を構成する全画素数に対する白飛び画素数Ｐ_Satの比率を求め、この比率が所定値を上回る場合にシーンチェンジと認識し、フラグＦ_GSatを真とする。

図５は、第２の検出部７２ｂの動作を説明するフローチャートである。
図５に示すように、ステップＳ２０１では、ヒストグラム解析部８３は、臨界輝度値Ｉ_Limitを計算する。臨界輝度値Ｉ_Limitとは、伸張率（１＋Ｇ_New／２５６）を乗じると最大輝度値（１０２３）となる輝度値であり、Ｉ_Limit＝１０２３／（１＋Ｇ_New／２５６）により求めることができる。

ステップＳ２０２では、ヒストグラム解析部８３が、特徴量抽出部７１から入力したヒストグラムに基づいて、伸張係数Ｇ_Newを用いた伸張処理により白飛びとなる画素、即ち、輝度値が臨界輝度値Ｉ_Limit以上かつ１０２２以下の画素の数（画素数Ｐ_Sat）を計数し、計数結果を大域白飛び判定部８４に出力する。なお、伸張前の輝度値が最大値（１０２３）である画素は、画像の製作者が意図して最大輝度とした可能性が高く、伸張による白飛びとは区別するために計数から除外している。

ステップＳ２０３では、大域白飛び判定部８４が、画像を構成する全画素の画素数Ｐ_Maxに対する白飛び画素数Ｐ_Satの比率を算出し、この比率が事前にメモリに記憶されている閾値Ｔｈ_GSatを超えているか否かを判断する。この結果、閾値Ｔｈ_GSatを超えている場合にのみフラグＦ_GSatを真として（ステップＳ２０４）、現フレームでの処理を終了する。

図３に戻って、第３の検出部７２ｃは、白飛び領域検出部８５と、白飛び評価値計算部８６と、局所白飛び判定部８７とで構成される。白飛び領域検出部８５は、画像信号処理部７０から入力した輝度信号Ｙ、及びヒストグラム解析部８３が算出した臨界輝度値Ｉ_Limitに基づいて、フレーム内において白飛びが生じ得る白飛び領域（画素群）を検出する。白飛び評価値計算部８６は、検出した白飛び領域毎に、その位置や面積に応じた白飛び評価値を算出した後、その中の最大値（最大評価値Ｖ_LSat）を導き、局所白飛び判定部８７は、最大評価値Ｖ_LSatが所定値を上回る場合に、シーンチェンジとして認識しフラグＦ_LSatを真とする。

図６は、第３の検出部７２ｃの動作を説明するフローチャートである。
図６に示すように、ステップＳ３０１では、白飛び領域検出部８５が、画像信号処理部７０から入力した輝度信号Ｙと、ヒストグラム解析部８３が算出した臨界輝度値Ｉ_Limitとに基づいて、画像を構成する全画素の中から、輝度値が臨界輝度値Ｉ_Limit以上かつ１０２２以下の画素を抽出する。このとき、抽出する各画素の位置関係を考慮することにより、伸張処理により白飛びが生じ得る画素からなる白飛び領域が抽出される。さらに、白飛び領域検出部８５は、抽出された各白飛び領域の面積、即ち、各白飛び領域を構成する画素数を求める。

ステップＳ３０２では、白飛び評価値計算部８６が、抽出した各白飛び領域毎に、その面積と、位置に応じた重みとを乗じた評価値を算出し、ステップＳ３０３では、各白飛び領域の評価値の中から最大の評価値Ｖ_LSatを導出して、局所白飛び判定部８７に出力する。

図７は、白飛び評価値計算部８６の動作を説明する説明図であり、現フレームが表す画像（フレーム画像）から抽出された２つの白飛び領域を表している。
図７に示すように、フレーム画像Ａは、中央部Ａｉと周縁部Ａｏとに区分されており、それぞれＷｉ，Ｗｏの重みが付与されている。なお、本実施形態では、鑑賞者が注視しやすい中央部Ａｉの重みを大きくしている（Ｗｉ＞Ｗｏ）。白飛び領域Ｂ１（面積：Ｓ１）は、中央部Ａｉから抽出されたものであるため、その白飛び評価値は、Ｓ１×Ｗｉとなり、白飛び領域Ｂ２（面積：Ｓ２）は、周縁部Ａｏから抽出されたものであるため、その白飛び評価値は、Ｓ２×Ｗｏとなる。例えば、各白飛び領域Ｂ１，Ｂ２の面積が、それぞれＳ１＝１００，Ｓ２＝２００、中央部Ａｉ及び周縁部Ａｏの重みが、それぞれＷｉ＝３，Ｗｏ＝１である場合には、各白飛び領域Ｂ１，Ｂ２の評価値Ｖ１，Ｖ２は、それぞれ３００，２００となり、最大評価値Ｖ_LSatとして、白飛び領域Ｂ１の評価値Ｖ１（３００）が導出される。

図６に戻って、ステップＳ３０４では、局所白飛び判定部８７が、入力した最大評価値Ｖ_LSatと、事前にメモリに記憶されている閾値Ｔｈ_LSatとを比較して、最大評価値Ｖ_LSatが閾値Ｔｈ_LSatを超えているか否かを判断する。この結果、閾値Ｔｈ_LSatを超えている場合にのみフラグＦ_LSatを真として（ステップＳ３０５）、現フレームでの処理を終了する。

図３に戻り、第１〜第３の検出部７２ａ〜７２ｃから出力されるフラグＦ_BStart，Ｆ_GSat，Ｆ_LSatは、３入力の論理和回路７２ｄに入力する。このため、第１〜第３の検出部７２ａ〜７２ｃの少なくとも１つがシーンチェンジを検出してフラグを真にすると、論理和回路７２ｄは、その出力（高速化処理フラグ）を真とし、第１〜第３の検出部７２ａ〜７２ｃのすべてがシーンチェンジを検出せずにフラグを偽とすると、論理和回路７２ｄは、高速化処理フラグを偽とする。高速化処理フラグは、係数切換部７５に制御信号として出力され（図２参照）、係数切換部７５は、当該信号が偽の場合（シーンチェンジが検出されない場合）に、伸張係数Ｇ_New、調光係数Ｌ_Newの組み合わせを伸張処理部７６及び調光駆動部７７に出力し続け、当該信号が真の場合（シーンチェンジが検出された場合）に、伸張係数Ｇ₀、調光係数Ｌ₀の組み合わせを出力する高速化処理に移行する。

一方、高速化処理を行っている際に、フレーム毎に算出される伸張係数Ｇ₀と伸張係数Ｇ_Newとの差が十分に小さくなった場合には、伸張係数Ｇ_Newと調光係数Ｌ_Newとを出力するものとしても不具合が発生する可能性が小さいので、伸張係数Ｇ_Newと調光係数Ｌ_Newとを出力する通常状態に復帰するものとする。また、この時に、フラグＦ_Black，Ｆ_BStart，Ｆ_GSat，Ｆ_LSatはそれぞれ偽に戻される。なお、復帰の条件はこれに限る必要はない。

以上の動作により、通常（シーンチェンジ時以外）は、伸張係数Ｇ_New、調光係数Ｌ_Newを用いた伸張処理、調光処理を行うことにより、ちらつきを抑制することが可能となり、暗い画像から明るい画像へのシーンチェンジ時には、伸張係数Ｇ₀、調光係数Ｌ₀を用いた伸張処理、調光処理を行うことにより、伸張処理に伴う白飛びを抑制することが可能となる。

なお、シーンチェンジ検出部７２と、伸張係数計算部７３と、係数切換部７５とは、階調範囲の伸張に伴って画像が劣化する劣化領域（白飛び領域）を検出するとともに、当該劣化領域について、その面積及び位置に応じた評価を行い、当該評価結果に基づいて伸張係数（伸張パラメータ）や調光係数（調光パラメータ）を決定することから、本発明のパラメータ決定部に相当する。

以上説明したように、本実施形態のプロジェクタ１によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態のプロジェクタ１によれば、第３の検出部７２ｃが、階調範囲の伸張に伴って画像が白飛びする白飛び領域を検出するとともに、白飛び領域の位置に応じた白飛び評価値を算出し、この白飛び評価値が所定値（閾値Ｔｈ_LSat）よりも高い白飛び領域が存在する場合に、白飛びを抑制可能な伸張係数（Ｇ₀）が選択されるようになっている。ここで、白飛び領域は、画像中央部にあるほど白飛び評価値が高くなるような重み付けがなされているため、鑑賞者が注視しやすい画像の中央部で白飛びが発生しそうな場合には、周縁部で発生する場合に比べて白飛びが抑制されやすくなり、鑑賞者に白飛びの発生を意識させずに済む。一方、白飛び領域が、鑑賞者が注視することが少ない画像の周縁部に発生する場合には、ちらつきの防止を重視した伸張係数（Ｇ_New）が選択されるため、白飛びの抑制に伴って画像がちらつくのを防ぐことが可能となる。

（変形例）
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、白飛び領域Ｂ１，Ｂ２が中央部Ａｉと周縁部Ａｏとに跨って分布している場合には、より多く分布している側の重みを採用してもよいし、分布に応じて、周縁部Ａｏの重みと中央部Ａｉの重みの間の値を採用するようにしてもよい。

・前記実施形態では、白飛び領域Ｂ１，Ｂ２の位置に応じた重み付けをするために、フレーム画像Ａを中央部Ａｉ及び周縁部Ａｏの２つに区分しているが、重み付けを行うための区分は２つに限られず、３つ以上であってもよい。或いは、フレーム画像Ａを区分することなく、フレーム画像Ａの基準点（中心点など）と白飛び領域Ｂ１，Ｂ２の基準点（重心等）との距離に応じた重み付けを行うようにしてもよい。

・前記実施形態では、フレーム画像Ａ中の白飛び領域Ｂ１，Ｂ２を検出し、当該白飛び領域Ｂ１，Ｂ２毎に白飛び評価値を導いているが、図８に示すように、予め、フレーム画像Ａを複数の小領域に区分（例えば、Ａｉ１〜Ａｉ４、Ａｏ１〜Ａｏ１２の１６等分）して、各小領域に含まれる白飛び領域の面積と、各小領域の位置に応じた重みとに応じて、小領域毎に白飛び評価値を導いてもよい。例えば、中央部の小領域Ａｉ１〜Ａｉ４の重みをＷｉ、周縁部の小領域Ａｏ１〜Ａｏ１２の重みをＷｏ（Ｗｉ＞Ｗｏ）とし、各小領域に含まれる白飛び領域の面積に当該小領域の重み（Ｗｉ又はＷｏ）を乗じた白飛び評価値を算出した後、各白飛び評価値のうち、最大の評価値が閾値を超える場合にフラグＦ_LSatを真とする。これにより、白飛び領域の位置を容易に特定することが可能となる。

また、各小領域を、位置に応じた重みによって異なる面積とし、各小領域に対する白飛び領域の面積比を白飛び評価値としてもよい。例えば、図９に示すように、重みを大きくしたい中央部の小領域（Ａｉ１〜Ａｉ１６）の面積を、周縁部の小領域（Ａｏ１〜Ａｏ１２）よりも小さくすることにより、同じ面積の白飛び領域Ｂ３，Ｂ４でも、中央部では白飛び評価値を高く、周縁部では低くすることができる。このため、当該白飛び領域Ｂ３，Ｂ４が中央部にある場合と周縁部にある場合とで、用いる伸張係数、調光係数を変更することが可能となる。つまり、この場合には、小領域の面積によって、位置に応じた重み付けがなされていることになるため、あらためて重みを乗じる計算を行う必要がなくなる。

・前記実施形態では、フレーム画像Ａの中央部Ａｉの重みを高くしているが、これに限定されず、例えば、字幕が黒帯以外の領域に重畳表示される場合には、当該領域周辺の重みを高くするようにしてもよい。

・前記実施形態では、伸張係数計算部７３及び調光係数計算部７４がそれぞれ算出した２つの係数の中から、いずれか１つの係数を採用する構成になっているが、算出する係数は２つに限定されず、３つ以上の中から１つを採用するようにしてもよい。

・前記実施形態では、伸張係数や調光係数を導出するための特徴量として、白ピーク値とＡＰＬとを用い、シーンチェンジを検出するための特徴量として、白ピーク値とヒストグラムとを用いているが、利用する特徴量は前記に限定されず、例えば、１フレーム内の最小輝度値（黒ピーク値）や、最頻輝度値、分散等の各種統計値を用いることも可能である。

・前記実施形態では、階調範囲を白側（明るい側）に伸張し、当該伸張処理に伴う画像の劣化として、白飛びを抑制可能な構成を説明しているが、階調範囲を黒側（暗い側）に伸張し、当該伸張処理に伴う黒潰れを抑制するようにしてもよいし、白黒両側に伸張可能な構成としてもよい。黒潰れの抑制は、例えば、黒ピーク値等に基づいて、シーンチェンジ検出部７２に、明るい画像から暗い画像へと切り替わるシーンチェンジを検出させることにより実現することが可能である。なお、黒側への伸張のみを行う場合には、調光素子１６による調光の必要はない。

・前記実施形態では、光源１１として超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電型光源ランプを用いているが、ＬＥＤ（発光ダイオード）からなるＬＥＤ光源等、他の光源を用いてもよい。

・前記実施形態では、画像表示装置として、外部のスクリーン等に画像を投写するプロジェクタを例に説明しているが、透過型のスクリーンが一体的に備えられ、その背面側に画像を投写するリアプロジェクタにも適用可能である。また、バックライトの光等を変調する液晶表示装置等にも適用することができる。

・前記実施形態では、光源１１の光を調光するために、ルーバー１６ａにより光量を絞る調光素子１６を用いているが、絞り羽根等の他の絞り機構、或いは、光源やバックライトの発光光量を制御可能な制御回路を用いることもできる。また、印加する電圧に応じて光の透過率を変更可能な液晶素子やエレクトロクロミックガラス等を用い、光源１１から透過型スクリーンＳＣに至る光路の途中、或いは、スクリーンＳＣが透過型である場合には、その前面に備えるようにしてもよい。

・前記実施形態では、光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを用いているが、反射型の光変調装置であるＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等を用いることも可能である。また、入射した光の射出方向を、マイクロミラー毎に制御することにより、光源から射出した光を変調するＤＭＤ（テキサスインスツルメンツ社の登録商標）（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等を用いることもできる。

１…プロジェクタ、１０…照明光学系、１１…光源、１２…第１のレンズアレイ、１２ａ…レンズ、１３…第２のレンズアレイ、１４…偏光変換素子、１５…重畳レンズ、１６…調光素子、１６ａ…ルーバー、２０…色光分離光学系、２１…第１のダイクロイックミラー、２２…第１の反射ミラー、２３…第２のダイクロイックミラー、３０…リレー光学系、３１…入射側レンズ、３２…第２の反射ミラー、３３…リレーレンズ、３４…第３の反射ミラー、３５…射出側レンズ、４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ…液晶ライトバルブ、４１…液晶パネル、４２…入射側偏光板、４３…射出側偏光板、５０…クロスダイクロイックプリズム、６０…投写レンズ、７０…画像信号処理部、７１…特徴量抽出部、７２…シーンチェンジ検出部、７２ａ…第１の検出部、７２ｂ…第２の検出部、７２ｃ…第３の検出部、７２ｄ…論理和回路、７３…伸張係数計算部、７４…調光係数計算部、７５…係数切換部、７６…伸張処理部、７７…調光駆動部、７８…ライトバルブ駆動部、８１…黒画面検出部、８２…高速化処理開始判定部、８３…ヒストグラム解析部、８４…大域白飛び判定部、８５…白飛び領域検出部、８６…白飛び評価値計算部、８７…局所白飛び判定部。

Claims (9)

1. 入射した光を光変調装置によって変調し、入力した画像信号に応じた画像を表示する画像表示装置であって、
   前記画像信号に基づいて、前記画像信号が表す階調情報に応じた特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
   前記特徴量に基づいて、前記階調情報の階調範囲を伸張するための伸張パラメータを決定するパラメータ決定部と、
   前記階調範囲を伸張するために、前記伸張パラメータを用いて前記階調情報を補正する伸張処理部と、
   前記伸張処理部で補正された階調情報に基づいて、前記光変調装置を駆動する変調駆動部と、を備え、
   前記パラメータ決定部は、前記階調範囲の伸張に伴って画像が劣化する劣化領域を検出し、前記画像を、第１の小領域及び第２の小領域を含む複数の小領域に区分し、前記劣化領域について、前記第１の小領域における前記劣化領域の面積である第１の面積、前記第２の小領域における前記劣化領域の面積である第２の面積、第１の小領域に付与された第１の重み、及び第２の小領域に付与され、前記第１の重みとは異なる第２の重みに基づいて評価を行い、当該評価結果に基づいて前記伸張パラメータを決定することを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置であって、前記パラメータ決定部は、前記各小領域に対して、その位置に応じた重み付けを行い、前記各小領域内における劣化領域の面積、及び前記各小領域に付与された重みに応じて前記評価を行うことを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１に記載の画像表示装置であって、前記パラメータ決定部は、前記画像を、位置に応じた重みによって異なる面積を有する小領域に区分し、前記各小領域の面積に対する前記各小領域内の劣化領域の面積に応じて前記評価を行うことを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置であって、前記パラメータ決定部は、前記階調範囲を明るい側に伸張するのに伴って画像が白飛びする白飛び領域を検出するとともに、当該白飛び領域について、その面積及び位置に応じた評価を行い、当該評価結果に基づいて、前記階調範囲を明るい側に伸張するための伸張パラメータを決定することを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置であって、前記パラメータ決定部は、前記劣化領域が前記画像の中央に位置するほど、前記劣化を抑制可能な伸張パラメータに決定することを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項５に記載の画像表示装置であって、前記パラメータ決定部は、前記劣化領域が前記画像の中央に位置する場合には、前記劣化を生じさせない範囲で、前記階調範囲を最も伸張可能な伸張パラメータに決定することを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置であって、
   前記光変調装置に入射する光、及び前記光変調装置によって変調された光の少なくとも一方の光量を調整可能な調光手段と、
   前記調光手段を駆動する調光駆動部と、を備え、
   前記パラメータ決定部は、前記評価結果に基づいて、前記調光手段による調光量を定めるための調光パラメータを決定し、前記調光駆動部は、前記調光パラメータを用いて前記調光手段を駆動することを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置であって、
   前記パラメータ設定部は、前記評価結果に基づき、理想的な伸張パラメータ及び平準化された伸張パラメータのいずれを用いるかを決定することを特徴とする画像表示装置。
9. 入力した画像信号に基づいて、前記画像信号が表す階調情報に応じた特徴量を抽出する特徴量抽出工程と、
   前記特徴量に基づいて、前記階調情報の階調範囲を伸張するための伸張パラメータを決定するパラメータ決定工程と、
   前記階調範囲を伸張するために、前記伸張パラメータを用いて前記階調情報を補正する伸張処理工程と、
   前記伸張処理工程で補正された階調情報に基づいて、入射した光を光変調装置によって変調する変調工程と、を備え、
   前記パラメータ決定工程では、前記階調情報の伸張に伴って画像が劣化する劣化領域を検出し、前記画像を、第１の小領域及び第２の小領域を含む複数の小領域に区分し、前記劣化領域について、前記第１の小領域における前記劣化領域の面積である第１の面積、前記第２の小領域における前記劣化領域の面積である第２の面積、第１の小領域に付与された第１の重み、及び第２の小領域に付与され、前記第１の重みとは異なる第２の重みに基づいて評価を行い、当該評価結果に基づいて前記伸張パラメータを決定することを特徴とする画像表示方法。

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