JP5804837B2 - 画像表示装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、入力された画像信号を元のフレームレートよりも高いフレームレートで表示する技術に関するものである。

従来、入力画像信号のフレームレートを倍速化し、空間的な高周波成分を強調したサブフレームと空間的な高周波成分を抑圧したサブフレームを交互に出力することにより、動きぼやけとフリッカを軽減する方法があった。（例えば、特許文献１）

特開２００６−１８４８９６号公報

しかしながら、上述した従来技術では、空間的な高周波成分の強調により画像信号レベルが最大階調を超える場合に、動画解像度改善効果が低下するという課題があった。例えば、８ビットの画像信号は０〜２５５の２５６段階のレベル（階調値）をとる。このような画像信号に対して空間的な高周波成分を強調した場合、元々高階調の画素においては、強調後の画像信号レベルが最大階調の２５５を超える可能性がある。最大階調を超えた画像信号を表示パネルに表示することはできないため、従来は、クリップ回路やリミッタ回路などを用いて２５５を超える部分をカットし、画像信号の最大レベルが２５５又はそれより小さくなるよう制限していた。しかしこれにより、画像信号の高周波成分の一部が失われる結果となり、特に高階調領域において、動画解像度改善効果の低下が生じるのである。

そこで、本発明では、空間的な高周波成分の強調により画像信号レベルが最大階調のレベルを超えるような場合においても、動画解像度改善効果が低下しない画像表示装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、光源、及び、画像信号に基づき前記光源からの光の透過率を制御するデバイスを有する表示パネル部と、入力画像信号の各フレームを複数のサブフレームに分け、前記複数のサブフレームの画像信号を前記入力画像信号よりも高いフレームレートで前記表示パネル部に出力する画像処理部と、前記光源の光量を制御する光源制御部と、を備え、前記画像処理部は、前記複数のサブフレームのうちの第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調する高域強調処理を施し、前記第１サブフレームと異なる第２サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を抑圧する高域抑圧処理を施すフィルタ部と、前記第１サブフレームの画像信号と前記第２サブフレームの画像信号に対して、それぞれ異なるレベル調整処理を施すレベル調整部と、を有し、前記光源制御部は、画像信号のレベルを小さくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記光源の光量を、前記レベル調整処理が施されていない画像信号が出力される場合の標準光量に比べて増加させる制御を行い、画像信号のレベルを大きくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記光源の光量を前記標準光量に比べて低下させる制御を行う、画像表示装置を提供する。

本発明の第２態様は、光源、及び、画像信号に基づき前記光源からの光の透過率を制御するデバイスを有する表示パネル部を備える画像表示装置の制御方法であって、入力画像信号の各フレームを複数のサブフレームに分ける分割ステップと、前記複数のサブフレームのうちの第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調する高域強調処理を施し、前記第１サブフレームと異なる第２サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を抑圧する高域抑圧処理を施すフィルタステップと、前記第１サブフレームの画像信号と前記第２サブフレームの画像信号に対して、それぞれ異なるレベル調整処理を施すレベル調整ステップと、前記複数のサブフレームの画像信号を前記入力画像信号よりも高いフレームレートで前記表示パネル部に出力する画像処理ステップと、を有し、画像信号のレベルを小さくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記光源の光量を、前記レベル調整処理が施されていない画像信号が出力される場合の標準光量に比べて増加させる制御が行われ、画像信号のレベルを大きくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記光源の光量を前記標準光量に比べて低下させる制御が行われる、画像表示装置の制御方法を提供する。

本発明の第３態様は、マトリックス状に並べられた冷陰極素子から画像信号に基づき電子を放出させ、放出された電子を加速電圧で加速し、蛍光体に衝突させ発光させる自発光型の表示パネル部と、入力画像信号の各フレームを複数のサブフレームに分け、前記複数のサブフレームの画像信号を前記入力画像信号よりも高いフレームレートで前記表示パネル部に出力する画像処理部と、前記加速電圧を制御する加速電圧制御部と、を備え、前記画像処理部は、前記複数のサブフレームのうちの第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調する高域強調処理を施し、前記第１サブフレームと異なる第２サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を抑圧する高域抑圧処理を施すフィルタ部と、前記第１サブフレームの画像信号と前記第２サブフレームの画像信号に対して、それぞれ異なるレベル調整処理を施すレベル調整部と、を有し、前記加速電圧制御部は、画像信号のレベルを小さくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記加速電圧を、前記レベル調整処理が施されていない画像信号が出力される場合の標準の加速電圧に比べて増加させる制御を行い、画像信号のレベルを大きくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記加速電圧を前記標準の加速電圧に比べて低下させる制御を行う画像表示装置を提供する。

本発明によれば、空間的な高周波成分の強調により画像信号レベルが最大階調のレベルを超えるような場合においても、動画解像度が改善された画像表示を実現できる。

実施例１に係る画像表示装置の機能構成の一例を示す図。 実施例１、２に係るフィルタ部の機能構成の一例を示す図。 実施例１に係る画像処理を説明する図。 実施例２に係る画像表示装置の機能構成の一例を示す図。 実施例２に係る制御部から出力される各係数の例。 実施例２に係る画像処理を説明する図。 実施例３に係る画像表示装置の機能構成の一例を示す図。 実施例３に係るフィルタ部の機能構成の一例を示す図。 実施例３に係る制御部から出力される各係数の例。 実施例３に係る画像処理を説明する図。 実施例４に係る画像表示装置の機能構成の一例を示す図。 実施例５に係る画像表示装置の機能構成の一例を示す図。

本発明は、光源とこの光源からの光の透過率を制御する液晶デバイスを有する液晶パネル部と、入力画像信号に対しフレームレート変換などの画像処理を施す画像処理部と、光源の光量を制御する光源制御部と、を少なくとも有する画像表示装置に関する。本発明に係る画像表示装置としては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、液晶プロジェクタなどを例示できる。光源（バックライトともいう）としては、冷陰極管、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＲＧＢなどのカラーＬＥＤ、エレクトロルミネセンスパネルなど、いずれの光源を用いることもできる。中でも、光量の制御を容易かつ正確にできる、色再現域が広い、消費電力が小さい、などの利点から、ＬＥＤ光源が本発明には好適である。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１に係る画像表示装置及びその制御方法について図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係る画像表示装置の機能構成の一例を示す図である。
画像表示装置は、フレームコンバータ部１００、制御部１０１、フィルタ部１０２、レベル圧縮部１０３、バックライト制御部１０４、液晶パネル部１０５で構成される。

フレームコンバータ部１００は、外部から入力された画像信号のフレームレートを２倍に上げることにより１つのフレームを第１サブフレームと第２サブフレームの２つのサブフレームに分割する。そして、フレームコンバータ部１００は、夫々のサブフレームの期間に、入力された画像信号を繰り返し出力する。夫々のサブフレームの画像信号は、フィルタ部１０２に入力される。また、フレームコンバータ部１００は、夫々のサブフレームの期間に、第１サブフレームと第２サブフレームのいずれの期間であるかを判別するためのサブフレーム判別信号を出力する。サブフレーム判別信号は、制御部１０１に入力される。

制御部１０１は、フレームコンバータ部１００から供給されるサブフレーム判別信号に基づいて、高域強調係数を出力する。制御部１０１は、第１サブフレーム期間には、高域強調係数として１を、第２サブフレーム期間には、高域強調係数として−１を出力する。高域強調係数は、フィルタ部１０２に入力される。ここで、高域強調係数とは、フィルタ部１０２で画像信号に施されるフィルタ処理の内容を切り替えるためのパラメータであり、係数が正の場合は空間的な高周波成分を強調する処理、係数が負の場合は空間的な高周波成分を抑圧（低減）する処理を示す。本実施例では高域強調係数が１又は−１のいずれかの値しかとらないが、任意の値を用いることもできる。高域強調係数の絶対値が大きくなるほど、高周波成分の強調又は抑圧の度合いが大きくなる。

フィルタ部１０２は、制御部１０１から与えられる高域強調係数に基づいて、フレームコンバータ部１００から出力されたサブフレームの画像信号の空間的な高周波成分を強調または抑圧し出力する。以下、空間的な高周波成分を強調する処理を高域強調処理とよび、空間的な高周波成分を抑圧する処理を高域抑圧処理とよぶ。

フィルタ部１０２の構成例を図２に示す。フィルタ部１０２はＬＰＦ（ローパスフィルタ）部１１０、減算部１１１、乗算部１１２、加算部１１３で構成される。ＬＰＦ部１１０は、入力された画像信号（以下、元画像信号とよぶ）をフィルタリング処理することにより、空間的な高周波成分を低減した高周波成分低減画像信号を生成し出力する。減算部１１１は、元画像信号から、ＬＰＦ部１１０で生成された高周波成分低減画像信号を減算することにより、高周波成分信号を生成し出力する。以上のように、ＬＰＦ部１１０と減算部１１１でＨＰＦ（ハイパスフィルタ）が構成されており、元画像信号の高周波成分信号が抽出される。乗算部１１２は、減算部１１１から出力される高周波成分信号に高域強調係数を乗算し出力する。つまり、乗算部１１２は、元画像信号が第１サブフレームの画像信号であるか第２サブフレームの画像信号であるかに応じて、高周波成分信号の符号を反転させる符号反転部の役割を担う。加算部１１３は、元画像信号に乗算部１１２から出力される信号を加算し出力する。

第１サブフレームでは、制御部１０１から高域強調係数として１が与えられるので、フィルタ部１０２からは、元画像信号に高周波成分信号を加算した高域強調画像信号が出力される。第２サブフレームでは、制御部１０１から高域強調係数として−１が与えられるので、フィルタ部１０２からは、元画像信号から高周波成分信号を減算した高域抑圧画像信号が出力される。

レベル圧縮部（レベル調整部）１０３は、フィルタ部１０２から出力された画像信号のレベルを圧縮してレベル圧縮画像信号を生成し、液晶パネル部１０５に出力する。なお、画像信号のレベルとは画像信号の値（階調値）と同義であり、例えば８ビットの画像信号は０（最小階調、シャドーともいう）〜２５５（最大階調、ハイライトともいう）の範囲のレベルを取る。図２から分かるように、ＨＰＦで抽出される高周波成分信号は、元画像信号と同じ画像信号のレベルが正側と負側に生じるので、−２５５〜２５５のレベルを取り得る。そのため、高周波成分信号が加算された高域強調画像信号は、最大で５１０、すなわち元画像信号の約２倍のレベルとなる可能性がある。そこで、レベル圧縮部１０３は、出力画像信号のレベルが液晶パネル部１０５の階調範囲に収まるように、フィルタ部１０２から入力される画像信号に対しレベル圧縮処理を施す。

レベル圧縮処理とは、全画素の画像信号のレベルを一律に（つまり一定の低下率で）小さくする処理であり、変換の前後で階調性が維持されるという点で従来のクリップ回路やリミッタ回路による制限処理とは異なる。レベル圧縮処理は、例えば、画像信号に対して１より小さいゲインを掛ける処理で実現できる。具体的には、上記のように高域強調画像信号が入力画像信号に比べて最大で約２倍のレベルになる可能性がある場合は、ゲインとして０．５を掛ければよい。本実施例のレベル圧縮部１０３は、画像信号に対し０．５のゲインを掛けることで、信号レベルを１／２に圧縮する。なお、画像信号のレベルが負の値となった画素については、従来のように値を０にリミット処理する。
このように、画像信号の階調性を維持したまま画像信号のレベル（画素の値）を全体的に変換する処理をレベル調整処理と呼ぶ。レベル調整処理には、画像信号のレベルを全体的に小さくするレベル圧縮処理の他、画像信号のレベルを全体的に大きくするレベル伸長処理（実施例３参照）も含まれる。

バックライト制御部（光源制御部）１０４は、液晶パネル部１０５のバックライトの光量（明るさ）を制御する。本実施例では、レベル圧縮部１０３で信号レベルを１／２に圧縮することで液晶パネル部１０５の液晶デバイスの光の透過率が半分に低下するので、バックライト制御部１０４は、輝度低下を補うためにバックライトの光量を標準光量の２倍に増加する。なお、標準光量とは、レベル圧縮処理が施されていない画像信号（すなわち入力画像信号と同じレベルの画像信号）を出力する場合に用いられる標準的な光量をいう。つまり、標準光量とは、入力画像信号のそのままの信号レベルに基づいて、液晶の透過率を制御して画像を表示した場合に、目的とする輝度が得られるように調整した光源の光量である。例えば、当該画像表示装置がフレームレート変換あるいは高域強調処理を行わない表示モードを有している場合は、その表示モードのときに設定されるデフォルトの光量が標準光量である。

液晶パネル部１０５は、光源であるバックライトと、そのバックライトの光の透過率を制御する液晶デバイスで構成される表示パネルである。液晶パネル部１０５は、レベル圧縮部１０３から与えられるレベル圧縮画像信号に基づいて液晶デバイスの透過率を制御すると共に、バックライト制御部１０４から与えられる制御値に基づいてバックライトを点灯する。そして、液晶パネル部１０５は、入力画像信号の２倍のフレームレートで、第１サブフレームの高域強調画像と第２サブフレームの高域抑圧画像を交互に表示する。

図３に、従来の技術における画像処理と、実施例１に係る画像処理の比較を示す。
従来の技術では、高域強調画像のサブフレームにおいて、フィルタリング後の画像信号が最大階調を超える場合に、信号レベルが制限される。信号レベルが制限されると、視認される画像の高周波成分が不足して、動画解像度改善効果が低下し、動きぼやけなどの妨害感が残る。これに対し実施例１では、フィルタリング後の信号レベルを制限せずに信号レベルを半分に圧縮すると同時に、バックライトの光量を２倍に制御して、表示輝度を補
償するので、高域強調画像での高周波成分が失われることがない。
したがって、本実施例によれば、サブフレームごとに画像信号の周波数成分を制御して動画解像度を改善する処理方法において、高域強調処理により信号レベルが最大階調を超える場合でも、動画解像度改善効果が低下しない。

（実施例２）
以下、本発明の実施例２に係る画像表示装置及びその制御方法について図面を参照して説明する。実施例１では、各サブフレームの信号レベルを１／２に圧縮し、バックライトの光量を２倍にした。しかし、高域抑圧画像信号のサブフレームでは、元々、信号レベルが飽和することが無いので、信号レベルの圧縮を行う必然性が無い。したがって、高域抑圧画像信号のサブフレームにおいて信号レベルを１／２に圧縮し、バックライトの明るさを２倍にして表示すると、液晶パネルの発光効率に無駄が生じる。本実施例では、実施例１と同等の効果を得ると共に、サブフレーム毎にバックライトの光量を制御することで発光効率の向上と黒レベルの低減を実現する構成について示す。

図４は、実施例２に係る画像表示装置の機能構成の一例を示す図である。画像表示装置は、フレームコンバータ部１００、制御部２０１、フィルタ部１０２、レベル圧縮部２０３、バックライト制御部２０４、液晶パネル部１０５で構成される。
フレームコンバータ部１００、フィルタ部１０２、液晶パネル部１０５の機能は実施例１と同じである。

制御部２０１は、フレームコンバータ部１００から供給されるサブフレーム判別信号に基づいて、高域強調係数、レベル圧縮係数、バックライト係数を選択し出力する。高域強調係数は実施例１と同じであり、フィルタ部１０２に入力される。レベル圧縮係数は、信号レベルの圧縮率を指定するためのパラメータであり、レベル圧縮部２０３に入力される。バックライト係数は、バックライトの光量の増加率を指定するためのパラメータであり、バックライト制御部２０４に入力される。各係数の具体的な値については後で述べる。

レベル圧縮部２０３は、制御部２０１から与えられるレベル圧縮係数と画像信号を乗算することにより、画像信号の信号レベルを圧縮する。
バックライト制御部２０４は、制御部２０１から与えられるバックライト係数に比例させて、液晶パネル部１０５のバックライトの光量（明るさ）を制御する。

図５に、実施例２に係る制御部２０１から出力される各係数の例を示す。図５の例では、第１サブフレームの期間は、信号レベルを１／２に圧縮された高域強調画像信号が、標準光量の２倍の光量のバックライトで表示される。一方、第２サブフレームの期間は、レベル圧縮されていない（つまり圧縮率は１／１）高域抑圧画像信号が、１倍の光量（つまり標準光量）のバックライトで表示される。

このように、高域抑圧画像を表示する第２サブフレームにおいて、信号レベルを圧縮せずに、バックライトの光量を１倍で表示することにより、バックライトの発光を有効に活用できる。また第２サブフレームにおけるバックライト光量が小さいため、実施例１よりも黒レベルの輝度を低減することが可能となる。

図６に、実施例１に係る画像処理と実施例２に係る画像処理の比較を示す。実施例１の構成では、高域抑圧画像の第２サブフレームにおいても、信号レベルを圧縮しバックライトを明るくするため、バックライトの発光の一部が利用されること無く無駄になる。図６のハッチング部分が無駄な発光を模式的に示している。これに対し、実施例２の構成では、高域抑圧画像の第２サブフレームにおいては信号レベルを圧縮しないため、バックライ
トの光量を標準光量より明るくする必要が無い。よって、液晶パネルの発光効率を改善することができる。

また、高域強調係数を制御することにより、動画解像度改善度合いと発光効率の度合いを制御することもできる。例えば、αを０〜１の範囲の係数として、高域強調画像を表示するサブフレームにおいて高域強調係数をα、レベル圧縮係数を１／（１＋α）、バックライト係数を（１＋α）とし、高域抑圧画像を表示するサブフレームにおいて高域強調係数を−αとすれば良い。αを大きくすると動画解像度改善効果が高まり、逆にαを小さくすると発光効率を高めることができる。

以上のように、本実施例によれば、実施例１の効果に加え、液晶パネルの発光効率の向上と、黒レベルの輝度の低減を実現できる。

（実施例３）
以下、本発明の実施例３に係る画像表示装置及びその制御方法について図面を参照して説明する。本実施例では、高域抑圧画像を表示するサブフレームにおいて、高域抑圧画像信号のピーク値に応じて、信号レベルとバックライト光量を制御することで、さらに発光効率の向上と黒レベルの低減を実現する構成について示す。

図７は、本実施例に係る画像表示装置の機能構成の一例を示すブロック図である。画像表示装置は、フレームコンバータ部１００、制御部３０１、フィルタ部３０２、レベル圧縮伸張部３０３、バックライト制御部２０４、液晶パネル部１０５、ピーク検出部３０６で構成される。本実施例では、レベル圧縮伸張部３０３が本発明のレベル調整部に該当する。
フレームコンバータ部１００、液晶パネル部１０５の機能は実施例１と同じである。バックライト制御部２０４は実施例２と同じである。

フィルタ部３０２は、高域強調係数に基づいて入力画像信号の空間的な高周波成分を強調または抑圧した画像を出力するととともに、その画像信号と相補関係にある画像信号を出力する。

図８に実施例３に係るフィルタ部３０２の機能構成の一例を示す。フィルタ部３０２はＬＰＦ部１１０、減算部１１１、乗算部１１２、加算部１１３、第２減算部３１４で構成される。ＬＰＦ部１１０、減算部１１１、乗算部１１２、加算部１１３の機能は実施例１と同じである。第２減算部３１４は、乗算部１１２から出力される高周波成分を入力画像信号から減算し補償画像信号として出力する。高域強調係数が正で、フィルタ部３０２から高域強調画像信号が出力されるときは、補償画像信号として高域抑圧画像信号が出力される。逆に、高域強調係数が負で、フィルタ部３０２から高域抑圧画像信号が出力されるときは、補償画像信号として高域強調画像信号が出力される。以降の説明では、第１サブフレームの高域強調係数は正、第２サブフレームの高域強調係数は負とし、絶対値は同じとする。そのとき、第１サブフレームは高域強調画像を表示するサブフレーム、第２サブフレームは高域抑圧画像を表示するサブフレームであり、第１サブフレームに出力される補償画像信号は第２サブフレームに出力される高域抑圧画像信号と同じ画像信号である。

ピーク検出部３０６は、フィルタ部３０２から出力される補償画像信号の１サブフレーム期間内のピーク値（補償画像信号における１サブフレーム分の全画素の中で最大の値）を検出し制御部３０１に与える。画像信号がＲＧＢ信号の場合は、ピーク値はＲＧＢ３色すべての中のピーク値である。

制御部３０１は、フレームコンバータ部１００から供給されるサブフレーム判別信号に
基づいて、高域強調係数、レベル圧縮伸張係数、バックライト係数を選択して出力する。ただし、第２サブフレームのレベル圧縮伸張係数とバックライト係数は、ピーク検出部３０６から与えられた第１サブフレームの補償画像信号のピーク値から算出する。このとき、制御部３０１は、ピーク値が小さいほどレベル圧縮伸張係数が大きくなるように、レベル圧縮伸張係数を決定する。好ましくは、画像信号の最大階調値をＰｍａｘ、ピーク値をＰとしたときに、レベル圧縮伸張係数Ｇを以下の計算式で算出すると良い。以下の計算式によれば、ピーク値Ｐにレベル圧縮伸張係数Ｇをかけた値Ｐ・Ｇが、液晶パネル部１０５に対して出力し得る画像信号の最大値Ｐｍａｘに等しくなるように、係数Ｇが決定される。
Ｇ＝Ｐｍａｘ／Ｐ
バックライト係数はレベル圧縮伸張係数の逆数を用いれば良いので、制御部３０１は、バックライト係数として１／Ｇを出力する。
図９に、実施例３に係る制御部３０１から出力される各係数の例を示す。

レベル圧縮伸張部３０３の基本的な動作はレベル圧縮部２０３と同様で、制御部３０１から与えられるレベル圧縮伸張係数と画像信号を乗算することにより、画像信号の信号レベルを変換する。レベル圧縮伸張係数が１より小さい場合には、全画素の値を一律に小さくするレベル圧縮処理となり、１より大きい場合には、全画素の値を一律に大きくするレベル伸張処理となる。

図１０に、実施例２に係る画像処理と実施例３に係る画像処理の比較を示す。実施例２では、バックライトは標準光量で発光しているものの、高域抑圧画像信号のピーク値が最大階調よりも小さい場合には、バックライトの発光の一部が利用されず無駄になる場合がある。実施例３では、高域抑圧画像信号のピーク値に応じて画像信号のレベル伸張とバックライトの光量を抑圧する制御をすることにより、高域抑圧画像を表示するサブフレームにおいて、液晶パネルの発光効率の更なる向上と黒レベルの輝度の更なる低減が可能となる。また、本実施例では、上述した計算式によりレベル圧縮伸張係数を決定することで、高域抑圧画像信号の信号レベルを最大限大きくすることができるため、第２サブフレーム期間のバックライト光量を最小限に抑えることができる。

また、本実施例の構成では、第１サブフレームの高域強調画像信号の補償画像信号をピーク値検出に利用することで、第１サブフレームのフィルタリング処理と並行して、第２サブフレームで出力されることになる高域抑圧画像のピーク値を検出できる。そのため、ピーク値検出のために画像表示を遅延させる必要が無く、画像信号の入力から画像表示までを小さい遅延時間で処理できる。

なお、高域抑圧画像を表示するサブフレームにおいてバックライトの明るさが頻繁に変化することを防ぐため、レベル圧縮伸張係数に対し時間的な安定化処理をしても良い。例えば、前フレームのレベル圧縮伸張係数をＧ０、時定数の係数をβとすると、以下の計算式を用いてレベル圧縮伸張係数Ｇを算出すれば良い。

Ｇ＝Ｐｍａｘ／Ｐ Ｇ０≧Ｐｍａｘ／Ｐ のとき
Ｇ＝Ｇ０＋β（Ｐｍａｘ／Ｐ−Ｇ０） Ｇ０＜Ｐｍａｘ／Ｐ のとき

ただし、βは１以下の正の値とする。

上記では、フィルタ部３０２から高域強調画像信号が出力されるときに出力される、補償画像信号を利用して、第１サブフレームの補償画像信号のピーク値を検出し、第２サブフレームのレベル圧縮伸張係数Ｇを求めることについて説明した。液晶パネル部１０５に、入力画像信号の第２サブフレーム（高域抑圧画像）の後に、該入力画像信号の第１サブ
フレーム（高域強調画像）を出力する場合は、第２サブフレームの補償画像信号のピーク値を検出し、第１サブフレームのレベル圧縮伸長係数Ｇを求めてもよい。
以上のように、本実施例によれば、実施例１、２の効果に加え、液晶パネルの発光効率の更なる向上と、黒レベルの輝度の更なる低減を実現できる。

（実施例４）
以下、本発明の実施例４に係る画像表示装置及びその制御方法について図面を参照して説明する。本実施例では、液晶プロジェクタなどのように光源の光を液晶デバイスを通して投影し画像を表示する投影型の表示装置における構成について示す。

図１１は、本実施例に係る画像表示装置の機能構成を示すブロック図である。画像表示装置は、フレームコンバータ部１００、制御部４０１、フィルタ部３０２、レベル圧縮伸張部３０３、光源制御部４０４、液晶デバイス部４０５、ピーク検出部３０６、光源部４０７で構成される。
フレームコンバータ部１００、フィルタ部３０２、レベル圧縮伸張部３０３、ピーク検出部３０６の動作は実施例３と同じである。

制御部４０１の基本的な動作は実施例３の制御部３０１と同じであるが、制御部４０１では、制御部３０１で出力されるバックライト係数の替わりに、光源係数を出力する。制御部４０１は、フレームコンバータ部１００から与えられるサブフレーム判別信号に基づき、高域強調係数、レベル圧縮伸張係数、光源係数を選択し出力する。光源係数はレベル圧縮伸長係数の逆数とすればよい。

光源制御部４０４は、投影された画像の明るさが、制御部４０１から与えられた光源係数に比例して変化するように、光源部４０７の光源の光量を制御する。
光源部４０７は、光源制御部４０４の制御に基づいた光量で光源を点灯させ、液晶デバイス部４０５の液晶デバイスを照射する。
液晶デバイス部４０５は、レベル圧縮伸張部３０３から出力されるレベル圧縮またはレベル伸張された画像信号に基づいて、液晶デバイスの光の透過率を変化させる。

以上のように、投影型の液晶表示装置においても本発明を適用することができる。なお、本実施例では、実施例３の画像処理を投影型の液晶表示装置に適用した例を示したが、実施例１や実施例２の画像処理を投影型の液晶表示装置に適用することもできる。

（実施例５）
以下、本発明の実施例５に係る画像表示装置及びその制御方法について図面を参照して説明する。本実施例では、マトリックス状に並べられた冷陰極電子放出素子から、画像信号の画素値に応じた量の電子を放出させ、放出させた電子を加速電圧で加速し、蛍光体に衝突させ発光させるディスプレイでの構成について示す。

図１２は、本実施例に係る画像表示装置の機能構成を示すブロック図である。画像表示装置は、フレームコンバータ部１００、制御部５０１、フィルタ部３０２、レベル圧縮伸張部３０３、加速電圧制御部５０４、表示パネル部５０５、ピーク検出部３０６で構成される。
フレームコンバータ部１００、フィルタ部３０２、レベル圧縮伸張部３０３、ピーク検出部３０６の動作は実施例３と同じである。

制御部５０１の基本的な動作は実施例３の制御部３０１と同じであるが、制御部５０１では、制御部３０１で出力されるバックライト係数の替わりに、加速電圧係数を出力する。制御部５０１は、フレームコンバータ部１００から与えられるサブフレーム判別信号に
基づき、高域強調係数、レベル圧縮伸張係数、加速電圧係数を選択し出力する。加速電圧係数はレベル圧縮伸長係数の逆数とすれば良い。
加速電圧制御部５０４は、表示パネル部５０５の冷陰極素子から放出された電子を加速する電圧を制御することにより、加速電圧係数に比例させて表示パネルの明るさを制御する。

以上のように、本実施例によれば、マトリックス状に並べられた冷陰極素子から、放出させた電子を加速電圧で加速し、蛍光体に衝突させ発光させる自発光型のディスプレイにおいても、実施例１〜３と同様の効果が得られる。

なお、上述した実施例１〜５は本発明の一具体例であり、本発明の範囲はこれらの実施例の構成に限定されることはない。
例えば、本発明は、フレームレートを３倍以上に高める構成にも適用できる。この場合、サブフレームも３つ以上となるが、それらの複数のサブフレームのうち少なくとも高域強調処理が施されるサブフレームに対して、信号レベルを圧縮すると共に、バックライトの光量を増加させることにより、上記実施例と同様の効果を得ることができる。また上記実施例では、時間的に先行するサブフレームを高域強調処理を施す第１サブフレーム、そのサブフレームの次のサブフレームを高域抑圧処理を施す第２サブフレームにしている。しかし、時間的に先行するサブフレームを第２サブフレームに設定してもよいし、第１サブフレームと第２サブフレームの間に別のサブフレームが存在していてもよい。また、３つ以上のサブフレームが存在する場合は、２つ以上のサブフレームに対して高域強調処理（あるいは高域抑圧処理）を施してもよい。
また上記実施例では、信号レベルの倍率（圧縮率又は伸張率）とバックライトの光量の倍率（増加率又は低下率）とが逆数になるように各種係数を設定することにより、入力画像信号の表示輝度が維持されるようにしている。しかし、表示輝度を維持する必要がなければ、光量の倍率を信号レベルの倍率の逆数にしなくてもよい。例えば、実施例１において、信号レベルを１／２に圧縮し、バックライトの光量を標準光量の１．５倍或いは３倍に増加した場合でも、本発明の目的は達成することができる。

１００：フレームコンバータ部、１０１：制御部、１０２：フィルタ部、１０３：レベル圧縮部、１０４：バックライト制御部、１０５：液晶パネル部

Claims (20)

1. 光源、及び、画像信号に基づき前記光源からの光の透過率を制御するデバイスを有する表示パネル部と、
   入力画像信号の各フレームを複数のサブフレームに分け、前記複数のサブフレームの画像信号を前記入力画像信号よりも高いフレームレートで前記表示パネル部に出力する画像処理部と、
   前記光源の光量を制御する光源制御部と、を備え、
   前記画像処理部は、
   前記複数のサブフレームのうちの第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調する高域強調処理を施し、前記第１サブフレームと異なる第２サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を抑圧する高域抑圧処理を施すフィルタ部と、
   前記第１サブフレームの画像信号と前記第２サブフレームの画像信号に対して、それぞれ異なるレベル調整処理を施すレベル調整部と、を有し、
   前記光源制御部は、画像信号のレベルを小さくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記光源の光量を、前記レベル調整処理が施されていない画像信号が出力される場合の標準光量に比べて増加させる制御を行い、画像信号のレベルを大きくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記光源の光量を前記標準光量に比べて低下させる制御を行う
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記レベル調整処理は、画像信号の階調性を維持したまま画像信号の画素の値を全体的に変換する処理であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記レベル調整部は、前記第１サブフレームの画像信号に対して、各画素の値を一律に小さくするレベル調整処理を施し、前記第２サブフレームの画像信号に対してレベル調整処理を行わず、
   前記光源制御部は、前記第１サブフレームの期間の前記光源の光量を、前記レベル調整処理が施されていない画像信号を出力する場合の標準光量に比べて増加させ、前記第２サブフレームの期間の前記光源の光量を前記標準光量とする制御を行う
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記レベル調整部は、前記第１サブフレームの画像信号に対して、各画素の値を一律に小さくするレベル調整処理を施し、前記第２サブフレームの画像信号に対して、各画素の値を一律に大きくするレベル調整処理を施し、
   前記光源制御部は、前記第１サブフレームの期間の前記光源の光量を、前記レベル調整処理が施されていない画像信号を出力する場合の標準光量に比べて増加させ、前記第２サブフレームの期間の前記光源の光量を前記標準光量に比べて低下させる制御を行う
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
5. 前記レベル調整部において、前記各画素の値を一律に小さくするレベル調整処理とは、画像信号の各画素の値に１より小さい係数を掛ける処理であり、前記各画素の値を一律に大きくするレベル調整処理とは、画像信号の各画素の値に１より大きい係数を掛ける処理である
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記フィルタ部は、
   前記複数のサブフレームのうちの第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調する高域強調処理を施した画像信号と共に、前記第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を抑圧した補償画像信号を生成し、
   前記画像処理部は、
   前記フィルタ部により生成された前記補償画像信号における画素の値のピーク値を検出するピーク検出部と、
   前記ピーク検出部により検出されたピーク値に応じて前記係数を決定する制御部と、を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記フィルタ部は、
   前記複数のサブフレームのうちの第２サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を抑圧する高域抑圧処理を施した画像信号と共に、前記第２サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調した補償画像信号を生成し、
   前記画像処理部は、
   前記フィルタ部により生成された前記補償画像信号における画素の値のピーク値を検出するピーク検出部と、
   前記ピーク検出部により検出されたピーク値に応じて前記係数を決定する制御部と、を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
8. 前記制御部は、前記ピーク検出部により検出された前記ピーク値に前記係数を掛けた値が、前記表示パネル部に対して出力し得る画像信号の最大値に等しくなるように、前記係数を決定する
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の画像表示装置。
9. 前記フィルタ部は、
   前記フィルタ部に入力された元画像信号から高周波成分信号を抽出するハイパスフィルタと、
   前記元画像信号が前記第１サブフレームの画像信号である場合に正、前記元画像信号が前記第２サブフレームの画像信号である場合に負となるように、前記ハイパスフィルタで抽出された高周波成分信号の符号を反転させる符号反転部と、
   前記符号反転部から出力される高周波成分信号を前記元画像信号に加算する加算部と、
   前記符号反転部から出力される高周波成分信号を前記元画像信号から減算する減算部と
   、
   を有しており、
   前記加算部から出力される画像信号が前記レベル調整部に入力され、
   前記減算部から出力される画像信号が前記ピーク検出部に入力される
   ことを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
10. 光源、及び、画像信号に基づき前記光源からの光の透過率を制御するデバイスを有する表示パネル部を備える画像表示装置の制御方法であって、
    入力画像信号の各フレームを複数のサブフレームに分ける分割ステップと、
    前記複数のサブフレームのうちの第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調する高域強調処理を施し、前記第１サブフレームと異なる第２サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を抑圧する高域抑圧処理を施すフィルタステップと、
    前記第１サブフレームの画像信号と前記第２サブフレームの画像信号に対して、それぞれ異なるレベル調整処理を施すレベル調整ステップと、
    前記複数のサブフレームの画像信号を前記入力画像信号よりも高いフレームレートで前記表示パネル部に出力する画像処理ステップと、
    を有し、
    画像信号のレベルを小さくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記光源の光量を、前記レベル調整処理が施されていない画像信号が出力される場合の標準光量に比べて増加させる制御が行われ、画像信号のレベルを大きくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記光源の光量を前記標準光量に比べて低下させる制御が行われる
    ことを特徴とする画像表示装置の制御方法。
11. 前記レベル調整処理は、画像信号の階調性を維持したまま画像信号の画素の値を全体的に変換する処理であることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置の制御方法。
12. 前記レベル調整ステップでは、前記第１サブフレームの画像信号に対して、各画素の値を一律に小さくするレベル調整処理を施し、前記第２サブフレームの画像信号に対してレベル調整処理を行わず、
    前記第１サブフレームの期間の前記光源の光量を、前記レベル調整処理が施されていない画像信号を出力する場合の標準光量に比べて増加させ、前記第２サブフレームの期間の前記光源の光量を前記標準光量とする制御が行われる
    ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の画像表示装置の制御方法。
13. 前記レベル調整ステップでは、前記第１サブフレームの画像信号に対して、各画素の値を一律に小さくするレベル調整処理を施し、前記第２サブフレームの画像信号に対して、各画素の値を一律に大きくするレベル調整処理を施し、
    前記第１サブフレームの期間の前記光源の光量を、前記レベル調整処理が施されていない画像信号を出力する場合の標準光量に比べて増加させ、前記第２サブフレームの期間の前記光源の光量を前記標準光量に比べて低下させる制御が行われる
    ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の画像表示装置の制御方法。
14. 前記レベル調整ステップにおいて、前記各画素の値を一律に小さくするレベル調整処理とは、画像信号の各画素の値に１より小さい係数を掛ける処理であり、前記各画素の値を一律に大きくするレベル調整処理とは、画像信号の各画素の値に１より大きい係数を掛ける処理である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の画像表示装置の制御方法。
15. 前記フィルタステップでは、
    前記複数のサブフレームのうちの第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調する高域強調処理を施した画像信号と共に、前記第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を抑圧した補償画像信号を生成し、
    前記画像処理ステップは、
    前記フィルタステップにより生成された前記補償画像信号における画素の値のピーク値を検出するピーク検出ステップと、
    前記ピーク検出ステップにより検出されたピーク値に応じて前記係数を決定する制御ステップと、を含む
    ことを特徴とする請求項１４に記載の画像表示装置の制御方法。
16. 前記フィルタステップでは、
    前記複数のサブフレームのうちの第２サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を抑圧する高域抑圧処理を施した画像信号と共に、前記第２サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調した補償画像信号を生成し、
    前記画像処理ステップは、
    前記フィルタ部により生成された前記補償画像信号における画素の値のピーク値を検出するピーク検出ステップと、
    前記ピーク検出ステップにより検出されたピーク値に応じて前記係数を決定する制御ステップと、を含む
    ことを特徴とする請求項１４に記載の画像表示装置の制御方法。
17. 前記制御ステップでは、前記ピーク検出ステップにより検出された前記ピーク値に前記係数を掛けた値が、前記表示パネル部に対して出力し得る画像信号の最大値に等しくなるように、前記係数を決定する
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の画像表示装置の制御方法。
18. 前記フィルタステップは、
    元画像信号から高周波成分信号を抽出するハイパスフィルタステップと、
    前記元画像信号が前記第１サブフレームの画像信号である場合に正、前記元画像信号が前記第２サブフレームの画像信号である場合に負となるように、前記ハイパスフィルタステップで抽出された高周波成分信号の符号を反転させる符号反転ステップと、
    前記符号反転ステップで生成された高周波成分信号を前記元画像信号に加算する加算ステップと、
    前記符号反転ステップで生成された高周波成分信号を前記元画像信号から減算する減算ステップと、
    を含み、
    前記レベル調整ステップでは、前記加算ステップで生成された画像信号にレベル調整処理を施し、
    前記ピーク検出ステップでは、前記減算ステップで生成された画像信号における画素の値のピーク値を検出する
    ことを特徴とする請求項１５から１７のいずれか一項に記載の画像表示装置の制御方法。
19. マトリックス状に並べられた冷陰極素子から画像信号に基づき電子を放出させ、放出された電子を加速電圧で加速し、蛍光体に衝突させ発光させる自発光型の表示パネル部と、入力画像信号の各フレームを複数のサブフレームに分け、前記複数のサブフレームの画像信号を前記入力画像信号よりも高いフレームレートで前記表示パネル部に出力する画像処理部と、
    前記加速電圧を制御する加速電圧制御部と、を備え、
    前記画像処理部は、
    前記複数のサブフレームのうちの第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調する高域強調処理を施し、前記第１サブフレームと異なる第２サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を抑圧する高域抑圧処理を施すフィルタ部と、
    前記第１サブフレームの画像信号と前記第２サブフレームの画像信号に対して、それぞれ異なるレベル調整処理を施すレベル調整部と、を有し、
    前記加速電圧制御部は、画像信号のレベルを小さくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記加速電圧を、前記レベル調整処理が施されていない画像信号が出力される場合の標準の加速電圧に比べて増加させる制御を行い、画像信号のレベルを大きくするレベル調整処理が施された画像信号が出力される場合には、前記加速電圧を前記標準の加速電圧に比べて低下させる制御を行う
    ことを特徴とする画像表示装置。
20. 光源、及び、画像信号に基づき前記光源からの光の透過率を制御するデバイスを有する表示パネル部と、
    入力画像信号の各フレームを複数のサブフレームに分け、前記複数のサブフレームの画像信号を前記入力画像信号よりも高いフレームレートで前記表示パネル部に出力する画像処理部と、
    前記光源の光量を制御する光源制御部と、を備え、
    前記画像処理部は、
    前記複数のサブフレームのうちの第１サブフレームの画像信号に対して、空間的な高周波成分を強調する高域強調処理を施すフィルタ部と、
    少なくとも前記第１サブフレームの画像信号に対して、各画素の値を一律に小さくするレベル圧縮処理を施すレベル調整部と、を有し、
    前記光源制御部は、前記レベル圧縮処理が施された画像信号が出力されるサブフレームの期間の前記光源の光量を、前記レベル圧縮処理が施されていない画像信号を出力する場合の標準光量に比べて、増加させる
    ことを特徴とする画像表示装置。
    

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