JP6113041B2

JP6113041B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP6113041B2
Application number: JP2013203626A
Authority: JP
Inventors: 英史小田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP2015069021A

Description

この発明は、周囲の環境が変化しても常に視認性を調整することが可能な表示装置に関するものである。

従来より、明るい環境下（明環境下）では、表示装置の画面が外光による反射輝度の影響を受けて、映像の低階調部の視認性が悪くなるという問題がある。このような問題に対処するために、逆ガンマで補正することによるガンマの見た目のリニア性を保ち、明環境下での視認性をよくするための手法が開示されている。

例えば、特許文献１には、外光強度に応じて、輝度、コントラスト、階調性を制御する画像表示装置が開示されている。また、特許文献２には、周囲光によらず常に表示画像のリニアリティを維持し、良好な画質を得ることができるようにした画像表示装置が記載されている。

特開２００１−３０９２８０号公報特開２００５−３０８９４９号公報

しかしながら、例えば特許文献１，２に示すような従来の表示装置では、逆ガンマを補正するために階調ごとの補正値のテーブルを保持していたり、複雑な計算式をいくつも使用しているなど、補正量が多く複雑な補正が必要であるという課題があった。また、例えば自動車等の車両において使用する車載用表示装置の場合には、環境が頻繁に変化するため、補正により画面のガンマも常に変化してしまい、かえって見た目が悪くなりユーザにとって視認しにくくなるという課題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単に視認性を向上するための補正を行うことができる表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明は、入力された映像を表示する表示装置において、前記表示装置の周辺の照度を検出する光学センサー部と、前記光学センサー部により検出された前記照度を取得して、当該照度から前記表示装置の画面における反射輝度を求め、当該反射輝度のオフセットを含む前記表示装置の画面のガンマ特性を階調特性がリニアになるように補正する補正処理部と、を備え、前記補正処理部は、前記反射輝度の対数の一次式から算出されるガンマ値を用いて前記ガンマ特性を補正することを特徴とする。

この発明によれば、ディスプレイの見た目の階調特性がリニアになるガンマ値を、画面反射輝度を用いた簡単な一次式により求めることができるので、複雑な計算式等を必要とせず、簡単に視認性を向上するための補正を行うことができる。

実施の形態１における表示装置の構成を示すブロック図である。一般的な、階調度に対する輝度特性を示す図である。図２に示す場合の、階調度に対する見た目の輝度を示す図である。画面反射輝度とガンマ補正量との関係を示す図である。実施の形態１における画像処理部の処理を示すフローチャートである。実施の形態１におけるガンマ補正後の、階調度に対する輝度特性を示す図である。図６に示す場合の、階調度に対する見た目の輝度を示す図である。実施の形態２における表示装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２におけるフィルター前の照度とフィルター後の照度とを比較する説明図である。実施の形態２における画像処理部の処理を示すフローチャートである。時定数による出力変化の度合いの違いを示す説明図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における表示装置の構成を示すブロック図である。この表示装置は、画像処理部１、ディスプレイ駆動部２、映像表示部３、光学センサー部４を備えており、入力された映像を表示するものである。なお、ここでは、自動車等の車両に持ち込みまたは搭載される車両用の表示装置であるものとして説明する。

画像処理部１は、入力された映像に対して、ＩＰ変換、ガンマ調整、画質調整などを行い、変換や調整を行った後の値を、ディスプレイ駆動部２に受け渡す。また、光学センサー部４から照度を取得し、その照度に応じてガンマの補正を行う。なお、このガンマ補正の詳細については後述する。

ディスプレイ駆動部２は、画像処理部１からの指示にしたがって、ディスプレイ（表示装置の画面）の種類（液晶、プラズマ、ＯＬＥＤ等）に応じて、映像表示部３の駆動を制御する。
映像表示部３は、ディスプレイ駆動部２からの指示に基づき画面上に映像の描画を行う表示部であり、例えばＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等、いずれを用いてもよい。

光学センサー部４は、周囲からの明るさの情報、すなわち、表示装置の周辺の照度を検出し、画像処理部１に送信する。
そして画像処理部１は、照度と表示装置の画面の反射輝度との対応テーブルを内部に有しており、光学センサー部４により検出された照度を取得して、自身が保持する対応テーブルを参照することにより、表示装置の画面の反射輝度を求める。

図２は、一般的な、階調度に対する輝度特性を示す図である。なお、ここでは、輝度８００ｃｄ／ｍ²のディスプレイ（表示装置の画面）の階調特性をガンマ２．２（一般的なガンマの値）であるものとする。この場合、暗環境下においては、ガンマ２．２のディスプレイの階調度に対する輝度特性は図２における○印のグラフのようになり、明環境下においては、反射輝度分のオフセットが加わって×印のようになる。

車載環境を例に説明すると、明環境の照度は３２０００ｌｘ、画面の反射輝度は２４６ｃｄ／ｍ²になる。そのため、明環境下では、反射輝度分のオフセットがあるため、見た目の階調特性がリニアにならない。

図３は、図２に示す場合の、階調度に対する見た目の輝度を示す図である。この図３に示すように、暗環境下では、ガンマ２．２のディスプレイは人間の目の特性によりほぼリニアな階調性に見える。しかし、このディスプレイの明環境下においては、階調性が非リニアになり、特に低階調部において階調性がなくなってしまう。

そこで、明環境下で見た目として階調特性がリニアになるように、ディスプレイのガンマ特性を補正する。この際、明環境下における画面反射輝度と、そのときの見た目の階調特性がリニアになるガンマ値を、試行錯誤により算出した結果、図４に示すような、画面反射輝度とガンマ補正量との関係を得ることができた。

図４に示す図から、ディスプレイの最適なガンマ値（見た目の階調特性がリニアになるガンマ値）は、画面反射輝度の対数に比例するという関係を読み取ることができる。図４に示す場合には、明環境下における画面反射輝度と、そのときの見た目の階調特性がリニアになるガンマ値とをプロットした△点は、ガンマ値をｙ、画面反射輝度をｘとすると、下記（１）式で近似できる。
ｙ＝−０．１４５９０Ｌｎ（ｘ）＋２．１１２８８（１）

なお、上記（１）式の係数については、表示装置が設置されている環境（車両内かどうか、など）や画面の反射率によって多少変化するものであるが、ガンマ値をｙ、画面反射輝度をｘとすると、「ｙ＝−ａＬｎ（ｘ）＋ｂ」（ａ，ｂは係数）という、画面反射輝度の対数に比例する一次式で表すことができる。

そこで、前述の例と同様に、明環境の照度が３２０００ｌｘ、画面の反射輝度が２４６ｃｄ／ｍ²である場合には、ｘ＝２４６ｃｄ／ｍ²を（１）式に入力して、ガンマ値ｙ＝１．２９を得ることができる。

このように、最適なガンマ値は、明環境下の画面反射輝度から算出でき、上述のとおり、例えば反射輝度２４６ｃｄ／ｍ²の明環境での見た目の階調特性をリニアに補正するには、ディスプレイのガンマ２．２をガンマ１．２９に補正すればよいことがわかる。

ここで、画像処理部１における処理について図５のフローチャートを用いて説明する。
まず初めに、光学センサー部４により検出された照度値を取得し（ステップＳＴ１）、それに対応する反射輝度ｘを算出する（ステップＳＴ２）。

そして、算出された反射輝度ｘを、画面反射輝度の対数に比例する一次式である（１）式に入力することにより、表示装置の画面のガンマ値ｙを算出し（ステップＳＴ３）、ディスプレイ駆動部２に対して補正されたガンマを使用して映像表示部３の駆動を制御するよう指示を行う（ステップＳＴ４）。

ディスプレイ駆動部２は、画像処理部１により算出されたガンマを用いて映像表示部３の駆動を制御する。
なお、ガンマ補正については、画像処理部１またはディスプレイ駆動部２で行う。すなわち、算出されたガンマ値ｙによりガンマを補正するという処理まで画像処理部１で行い、ディスプレイ駆動部２に対して補正されたガンマを設定するようにしてもよいし、画像処理部１ではガンマ値ｙを算出するという処理までを行い、ディスプレイ駆動部２がそのガンマ値ｙを受け取って映像表示部３に対してガンマを設定するという処理を行うようにしてもよい。

このように、画像処理部１、または、画像処理部１およびディスプレイ駆動部２は、光センサー部４により検出された照度を取得して、その照度から表示装置の反射輝度を求め、当該反射輝度のオフセットを含む表示装置の画面のガンマ特性を、階調特性がリニアになるように補正する。また、この際、反射輝度の対数に比例する関数を用いてガンマ特性を補正する。

図６は、このようにしてガンマ補正した後の、すなわち、ガンマ１．２９のディスプレイの階調度に対する輝度特性を示す図である。この場合、暗環境下においては、ガンマ１．２９のディスプレイの階調度に対する輝度特性は図６における○印のグラフのようになり、明環境下においては、反射輝度分のオフセットが加わって×印のようになる。

図７は、図６に示す場合の、階調度に対する見た目の輝度を示す図である。この図７に示すように、ガンマを１．２９に補正したディスプレイの場合には、明環境下での見た目の階調特性がリニアとなり、低階調部において階調性がなくなり見えにくくなるという問題を改善することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、ディスプレイの見た目の階調特性がリニアになるガンマ値を、画面反射輝度を用いた簡単な一次式により求めることができるので、複雑な計算式等を必要とせず、簡単に視認性を向上するための補正を行うことができる。

実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２における表示装置の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１で説明したものと同様の構成には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。以下に示す実施の形態２では、実施の形態１と比べると、画像処理部１０が、フィルター１１を備えており、光学センサー部４から取得した照度の変化量に応じた時定数でガンマ特性を補正する。

画像処理部１０は、実施の形態１における画像処理部１と同様、入力された映像に対して、ＩＰ変換、ガンマ調整、画質調整などを行い、変換や調整を行った後の値を、ディスプレイ駆動部２に受け渡す。また、光学センサー部４から照度を取得し、その照度に応じてガンマの補正を行う。

また、内部に照度と表示装置の画面の反射輝度との対応テーブルを有しており、その対応テーブルを参照して光学センサー部４から取得した照度から反射輝度を求めることや、ガンマ補正の処理についても実施の形態１の画像処理部１における処理と同じであるが、この実施の形態２の画像処理部１０では、光学センサー部４から得られた照度をフィルター１１によって処理し、補正するタイミングや補正するかしないか等を決定することにより、ガンマ補正を行う際の調整速度を変化させる。

これは、車載用の表示装置などのように、照度が絶えず変化する環境にある場合にガンマ値の補正を行うと、照度が変化するたびにガンマ値も常に変化してしまい、見た目として好ましくないので、そのような問題が生じないようにガンマの制御を最適化するためである。

ガンマを算出する際の調整速度を変化させる具体例としては、例えば、トンネルから抜けて外に出た時は照度の変化量は大きく、すばやくガンマを変化させてユーザにとって見やすい画面にする。一方、ビルの間や木の多いところなど、障害物が多くて照度が頻繁に変化するものの、その変化量が少ない時は、ガンマを変化させない、または、ゆっくり変化させるようにする。

図９は、実施の形態２におけるフィルター前の照度とフィルター後の照度とを比較する説明図である。図９（ａ）は、フィルター前の照度、すなわち、光学センサー部４により検出された照度そのものを示している。また、図９（ｂ）は、取得した照度をフィルター１１によって処理した後（フィルター後）の照度を示しており、ここでは、時定数を設けてガンマをゆっくり変化させた場合を示している。

なお、図９において、時間Ａ〜時間Ｂの間は、車両がトンネル区間にいるために照度が低い暗環境下にあることを示しており、他の時間帯においては、ビルの合間や木陰などにより一時的に照度が少し低下することはあるものの、基本的には明環境下で走行中であることを示している。

ここで、時定数を設けてガンマをゆっくり変化させるための、画像処理部１０の処理の一例について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。
まず初めに、光学センサー部４により検出された照度値を取得し（ステップＳＴ１１）、それに対応する反射輝度Ｘ_nを算出する（ステップＳＴ１２）。

そして、１つ前に算出した反射輝度Ｘ_n-1と今回算出した反射輝度Ｘ_nの差（Ｘ_n−Ｘ_n-1）が１００以上の場合（ステップＳＴ１３のＹＥＳの場合）には、小さい時定数（フレームごとの更新を考えて、例えば、時定数τ＝０．０１６７とする）に従ってガンマを変化させて処理を行う（ステップＳＴ１４）。

ここで、反射輝度の差が大きいということは、ステップＳＴ１１で取得された照度の差が大きいことを意味しており、例えば図９に示すＡ点のように、トンネル区間に入ったことにより照度が大きく変わった場合などはこの状態になる。
なお、ここでは反射輝度の差が１００以上か否かにより反射輝度の差が大きいか小さいかを判断しているが、この「１００」という数値は決められた値ではなく、反射輝度の差が大きいか否かを判別するための閾値の一例であり、任意に設定すればよいものである。

一方、反射輝度の差（Ｘ_n−Ｘ_n-1）が１００より小さい場合（ステップＳＴ１３のＮＯの場合）には、大きい時定数（例えば、時定数τ＝１．５）に従ってガンマを変化させて処理を行う（ステップＳＴ１５）。例えば、ビルの合間や木陰などにより一時的に照度が多少変化しただけという場合などはこの状態になる。ビルの合間や木陰などに入っただけという場合には、トンネル区間に入った場合などに比べると照度の変化も小さく、反射輝度の差も小さい。

図１１は、時定数による出力変化の度合いの違いを示す説明図である。小さい時定数τ＝０．０１６７の場合には、図１１の二点鎖線で示すグラフのように、入力に対して出力変化も素早く追従するが、大きい時定数τ＝１．５の場合には、図１１の実線で示すグラフのように、入力に対して出力変化がゆっくり追従する。

これにより、例えば図９に示すＡ点のように、トンネル区間に入ったことにより照度が大きく変わった場合などは、時定数を小さくすることにより、すぐにガンマを補正して画面を見やすくすることができる。一方、ビルの合間や木陰などにより一時的に照度が多少変化しただけという場合には、時定数を大きくすることにより、すぐにガンマを補正してしまってかえって画面が見にくくなることを防ぐことができる。

このように、画像処理部１０がフィルター１１を備えて、照度の変化量に応じた時定数でガンマ特性を補正することにより、車両のように頻繁に環境が変化するような場合であっても、頻繁にガンマが変わってしまいユーザにとって画面がかえって見にくくなるという煩わしい状態を抑制することができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、車両のように頻繁に環境が変化するような場合であっても、頻繁にガンマが変わってしまいユーザにとって画面がかえって見にくくなるという煩わしい状態を抑制することができ、常に視認性をよくしてユーザに対して見やすい映像を提供することができる。

なお、以上の実施の形態１，２においては、自動車等の車両に持ち込みまたは搭載される車両用の表示装置であるものとして説明したが、この発明は車両用の表示装置に限らず、入力された映像を表示する表示装置であれば、いずれの表示装置にも適用できるものである。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１，１０画像処理部、２ディスプレイ駆動部、３映像表示部、４光学センサー部、１１フィルター。

Claims

入力された映像を表示する表示装置において、
前記表示装置の周辺の照度を検出する光学センサー部と、
前記光学センサー部により検出された前記照度を取得して、当該照度から前記表示装置の画面における反射輝度を求め、当該反射輝度のオフセットを含む前記表示装置の画面のガンマ特性を階調特性がリニアになるように補正する補正処理部と、を備え、
前記補正処理部は、前記反射輝度の対数の一次式から算出されるガンマ値を用いて前記ガンマ特性を補正する
ことを特徴とする表示装置。
前記補正処理部は、前記照度と前記反射輝度との対応テーブルを参照して前記反射輝度を求めることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記補正処理部は、前記照度の変化量に応じた時定数で前記ガンマ特性を補正することを特徴とする請求項１または請求項２記載の表示装置。