JP6505007B2

JP6505007B2 - バックライト制御装置、画像表示装置及びバックライト制御方法

Info

Publication number: JP6505007B2
Application number: JP2015239019A
Authority: JP
Inventors: 秀樹吉井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-12-08
Also published as: JP2017106991A

Description

本発明は、バックライト制御装置、画像表示装置及びバックライト制御方法に関し、特に、部分領域毎にバックライトの明るさを制御するバックライト制御装置、画像表示装置及びバックライト制御方法に関する。

液晶表示装置等、バックライトを備えた画像表示装置では、バックライトのエリアを区切って、部分的に発光輝度を制御することにより、コントラストの向上と消費電力の低減とを行ってきた。近年、ＨＤＲ（ＨｉｇｈＤｙｎａｍｉｃＲａｎｇｅ）規格等もあり、消費電力低減だけでなく、例えば、明るく輝く部分の描写力等がより求められるようになってきている。

例えば、特許文献１に記載された画像表示装置は、各エリア内の画素の輝度の最大値を検出し、また、各エリア内の画素の輝度の平均値を算出し、好適な値に設定された閾値と各エリアの輝度最大値とを比較する。そして、この画像表示装置は、閾値よりもエリア輝度最大値の方が大きい場合、最大値に対応する値を出力し、エリア輝度最大値が閾値以下の場合、平均値に対応する値を出力する。

特許文献１では、上記のように、バックライトであるＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）の出力値が決定される。閾値が好適な値に設定されていれば、高階調表示が行われるべき画素を含むエリアにおいて、ＬＥＤ出力値が領域最大値に基づいて決定されることにより、輝度不足の発生が抑制される。一方、高階調表示が行われるべき画素を含まないエリアにおいては、ＬＥＤ出力値が領域平均値に基づいて決定されることにより消費電力が低減される。

特願２０１１−５２９８３４号公報（段落００５０〜００５４、段落００６８、図１）

しかしながら、ある値に設定された閾値とエリア輝度最大値とを比較して、バックライトであるＬＥＤの出力値が決定される場合、エリア輝度最大値が閾値を挟んで変化すると、バックライトの輝度に不連続が生じる。ここでバックライトは、ＬＥＤが用いられているが、他の光源であっても、同じである。

例えば、時間軸で考えた場合、エリア輝度最大値が閾値を挟んで変化を繰り返すと、バックライトの輝度は、明るくなったり暗くなったりを繰り返し、視聴者に違和感を与える。また、映像に含まれる意図しない信号（ノイズ）が原因で上記のような状況を生じる場合もあり、大きく画質劣化する場合がある。

閾値や、閾値と比較する値を変えても、上記のような問題は同じく発生する。

そこで、本発明は、バックライトの省電力制御と高輝度制御とを連続的に行うことができるようにすることを目的とする。

本発明の１態様に係るバックライト制御装置は、入力画像の画素毎に特徴量を算出する特徴量算出部と、前記入力画像に含まれる部分領域における前記特徴量の最大値である部分最大値を、前記入力画像に含まれる部分領域毎に検出する部分最大値検出部と、前記部分領域における前記特徴量の平均値である部分平均値を、前記部分領域毎に算出する部分平均値算出部と、予め定められた範囲における前記特徴量の平均値が大きいほど前記部分平均値の割合が高くなるように加重平均係数を算出する加重平均係数算出部と、前記部分領域毎に、前記加重平均係数を用いて、前記部分最大値及び前記部分平均値の加重平均値を算出する加重平均算出部と、前記加重平均値の平均値である基準平均値を算出する平均値算出部と、前記部分領域毎に、前記加重平均値と、前記基準平均値とを比較するために、前記基準平均値を用いて前記加重平均値の偏差を求める比較部と、バックライトの全体の明るさを示す全体制御値に、前記偏差に設定値を乗算した値を加算することで、前記設定値に応じて、前記比較部の比較結果に基づいて、前記部分領域毎に、前記加重平均値が前記基準平均値よりも大きいほど、前記バックライトの対応する部分が明るくなるように、又は、前記部分領域の明るさが同じとなるように、部分制御値を算出する部分制御値算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明の１態様に係る画像表示装置は、バックライトと、入力画像の画素毎に特徴量を算出する特徴量算出部と、前記入力画像に含まれる部分領域における前記特徴量の最大値である部分最大値を、前記入力画像に含まれる部分領域毎に検出する部分最大値検出部と、前記部分領域における前記特徴量の平均値である部分平均値を、前記部分領域毎に算出する部分平均値算出部と、予め定められた範囲における前記特徴量の平均値が大きいほど前記部分平均値の割合が高くなるように加重平均係数を算出する加重平均係数算出部と、前記部分領域毎に、前記加重平均係数を用いて、前記部分最大値及び前記部分平均値の加重平均値を算出する加重平均算出部と、前記加重平均値の平均値である基準平均値を算出する平均値算出部と、前記部分領域毎に、前記加重平均値と、前記基準平均値とを比較するために、前記基準平均値を用いて前記加重平均値の偏差を求める比較部と、バックライトの全体の明るさを示す全体制御値に、前記偏差に設定値を乗算した値を加算することで、前記設定値に応じて、前記比較部の比較結果に基づいて、前記部分領域毎に、前記加重平均値が前記基準平均値よりも大きいほど、前記バックライトの対応する部分が明るくなるように、又は、前記部分領域の明るさが同じとなるように、部分制御値を算出する部分制御値算出部と、前記入力画像に基づいて画像を表示する表示部と、を備え、前記バックライトは、前記部分制御値に基づいて、部分毎に明るさを制御することを特徴とする。

本発明の１態様に係るバックライト制御方法は、入力画像の画素毎に特徴量を算出し、前記入力画像に含まれる部分領域における前記特徴量の最大値である部分最大値を、前記入力画像に含まれる部分領域毎に検出し、前記部分領域における前記特徴量の平均値である部分平均値を、前記部分領域毎に算出し、予め定められた範囲における前記特徴量の平均値が大きいほど前記部分平均値の割合が高くなるように加重平均係数を算出し、前記部分領域毎に、前記加重平均係数を用いて、前記部分最大値及び前記部分平均値の加重平均値を算出し、前記加重平均値の平均値である基準平均値を算出し、前記部分領域毎に、前記基準平均値を用いて前記加重平均値の偏差を求めることで、前記加重平均値と、前記基準平均値とを比較して、前記部分領域毎に、バックライトの全体の明るさを示す全体制御値に、前記偏差に設定値を乗算した値を加算することで、前記設定値に応じて、前記加重平均値が前記基準平均値よりも大きいほど、前記バックライトの対応する部分が明るくなるように、又は、前記部分領域の明るさが同じとなるように、部分制御値を算出することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、閾値を用いて制御を行っていないため、バックライトの省電力制御と高輝度制御とを連続的に行うことができる。

実施の形態１に係る画像処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。実施の形態１におけるバックライト制御方法を示すフローチャートである。実施の形態１において全体平均輝度が低い場合の映像例を示す概略図である。実施の形態１における映像に含まれる部分領域毎の最大輝度と平均輝度とを示す概略図である。実施の形態１において全体平均輝度が低い場合の映像例を示す概略図である。実施の形態１における映像に含まれる部分領域毎の最大輝度と平均輝度とを示す概略図である。実施の形態２に係る画像処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。実施の形態２においてバックライトの領域分割数が比較的多い場合の映像例を示す概略図である。実施の形態３に係る画像処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。実施の形態４に係る画像処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。実施の形態５に係る画像処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１から５におけるバックライト制御装置のハードウェア構成例を示す概略図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る画像処理装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。
画像処理装置１００は、映像入力端子１０１と、特徴量算出部１０２と、部分最大値検出部１０３と、部分平均値算出部１０４と、全体平均値算出部１０５と、加重平均係数算出部１０６と、加重平均算出部１０７と、平均値算出部１０８と、比較部１０９と、全体制御値算出部１１０と、部分制御値算出部１１１と、出力端子１１２とを備える。

ここで、部分最大値検出部１０３、部分平均値算出部１０４、全体平均値算出部１０５、加重平均係数算出部１０６、加重平均算出部１０７、平均値算出部１０８及び比較部１０９により、部分相対制御値算出部１２０が構成される。
また、特徴量算出部１０２、部分相対制御値算出部１２０、全体制御値算出部１１０及び部分制御値算出部１１１により、バックライト制御装置１３０が構成される。

映像入力端子１０１は、映像信号の入力を受ける。
特徴量算出部１０２は、映像入力端子１０１に入力された映像信号から、入力画像の画素毎に輝度等の特徴量を算出する。
部分最大値検出部１０３は、有効映像領域に含まれる入力画像の部分領域における特徴量の最大値を部分特徴量最大値（部分最大値）として、部分領域毎に検出する。
部分平均値算出部１０４は、部分最大値検出部１０３で特徴量最大値が検出された部分領域と同じ部分領域の特徴量の平均値を部分特徴量平均値（部分平均値）として、部分領域毎に検出する。

全体平均値算出部１０５は、有効映像領域の入力画像の全体の特徴量の平均値である特徴量平均値を検出する。
加重平均係数算出部１０６は、加重平均算出部１０７で、部分特徴量最大値及び部分特徴量平均値の加重平均を算出する際に用いられる係数である加重平均係数を算出する。例えば、加重平均係数算出部１０６は、予め定められた範囲における特徴量の平均値が大きいほど、部分特徴量平均値の割合が高くなるように加重平均係数を算出する。ここで、実施の形態１においては、予め定められた範囲は、有効映像領域の入力画像の全体である。

加重平均算出部１０７は、部分最大値検出部１０３から与えられた部分特徴量最大値と、部分平均値算出部１０４から与えられた部分特徴量平均値とを、加重平均係数算出部１０６から与えられた加重平均係数により加重平均することで、加重平均値を算出する。
平均値算出部１０８は、加重平均算出部１０７で算出された加重平均値の平均値を、基準平均値として算出する。例えば、平均値算出部１０８は、有効映像領域に含まれる全ての部分領域の加重平均値の平均値を、基準平均値として算出する。

比較部１０９は、加重平均算出部１０７から与えられた一つの部分領域の加重平均値と、平均値算出部１０８から与えられた基準平均値とを比較する。ここでは、比較部１０９は、加重平均値から基準平均値を減算することで、一つの部分領域の加重平均値の偏差を算出する。
全体制御値算出部１１０は、全体平均値算出部１０５から与えられた特徴量平均値から、全体のバックライト制御値である全体制御値を算出する。例えば、全体制御値算出部１１０は、特徴量平均値が高いほど、バックライトが明るくなるように、全体制御値を算出する。

部分制御値算出部１１１は、比較部１０９での比較結果に基づいて、部分領域毎に、加重平均値が基準平均値よりも大きいほど、バックライトの対応する部分が明るくなるように部分制御値を算出する。また、部分制御値算出部１１１は、比較部１０９での比較結果に基づいて、部分領域毎に、加重平均値が基準平均値よりも小さいほど、バックライトの対応する部分が暗くなるように部分制御値を算出する。例えば、部分制御値算出部１１１は、比較部１０９から与えられた値（偏差）に予め定められた設定値Ｇを乗算し、その乗算値を、全体制御値算出部１１０から与えられた全体制御値に加算することで、一つの部分領域に対応するバックライト制御値である部分制御値を算出する。この設定値Ｇは、バックライト制御をどの程度作用させるかを決める係数であって、ユーザにより予め定められていればよい。
出力端子１１２は、部分制御値算出部１１１から与えられる部分制御値を出力する。出力された部分制御値に基づいて、図示しないバックライトの明るさが制御される。

ここで、それぞれの部分領域のバックライトの部分制御値が、どのように算出されるかを説明する。
ここでは、有効映像領域が、部分領域Ａ、部分領域Ｂ及び部分領域Ｃの三つの部分領域に分割されているものとして説明する。

まず、特徴量算出部１０２は、映像入力端子１０１から入力された映像信号から、特徴量として、例えば、輝度を算出する。以下、特徴量は、輝度であるものとし、輝度の最大値は、１００であるものとする。ここで、輝度の最大値は、相対値であり、いくらであってもよいものとする。

部分最大値検出部１０３は、これらの部分領域のそれぞれについて、部分特徴量最大値として部分最大輝度を検出する。例えば、部分領域Ａの部分最大輝度が８０であったとする。
部分平均値算出部１０４は、これらの部分領域のそれぞれについて、部分特徴量平均値として部分平均輝度を算出する。例えば、部分領域Ａの部分平均輝度が３０であったとする。

全体平均値算出部１０５は、有効映像領域全体の特徴量平均値として、有効映像領域全体の平均輝度である全体平均輝度を算出する。ここでは、全体平均輝度が低く、１５であるものとする。
加重平均係数算出部１０６は、全体平均値算出部１０５で算出された全体平均輝度に基づいて、加重平均係数を算出する。ここで、加重平均係数（ＣＥ）は、全体平均輝度（ＡＬＬＡＶＧ）が低い時、低くなるように算出される。加重平均係数は、例えば、下記の（１）式により算出される。
ＣＥ＝ＡＬＬＡＶＧ×０．０１＋０．０５（１）
但し、加重平均係数の最大値は、１である。
（１）式によれば、全体平均輝度が１５の場合には、加重平均係数は０．２となる。

加重平均算出部１０７は、部分最大値検出部１０３から与えられる部分最大輝度（ＰＭＡＸ）と、部分平均値算出部１０４から与えられる部分平均輝度（ＰＡＶＧ）とを、加重平均係数算出部１０６から与えられる加重平均係数（ＣＥ）とに基づいて、下記の（２）式により、加重平均値としての加重平均輝度（ＷＡＶＧ）を算出する。
ＷＡＶＧ＝ＰＡＶＧ×ＣＥ＋ＰＭＡＸ×（１−ＣＥ）（２）
以上のように、ＰＭＡＸ＝８０、ＰＡＶＧ＝３０及びＣＥ＝０．２の場合には、下記の（２−１）式により、部分領域Ａの加重平均輝度は、７０になる。
３０×０．２＋８０×（１−０．２）＝７０（２−１）

部分領域Ｂ及び部分領域Ｃに対しても、上述のようにして、加重平均輝度が算出される。ここでは、部分領域Ｂの加重平均輝度が６０、部分領域Ｃの加重平均輝度が５０であったとする。

平均値算出部１０８は、加重平均輝度を有効映像領域全体で平均した基準平均値（ＡＷＡＶＧ）を算出する。ここでは、下記の（３）式に示されているように、この基準平均値は、６０となる。
（７０＋６０＋５０）÷３＝６０（３）

比較部１０９は、それぞれの部分領域の加重平均輝度と、平均値算出部１０８から与えられる基準平均値とを比較する。ここでは、比較部１０９は、下記の（４）式に示されているように、それぞれの部分領域の加重平均輝度（ＷＡＶＧ）から全体の基準平均値（ＡＷＡＶＧ）を減算することで、その偏差（ＤＥ）を算出する。
ＤＥ＝ＷＡＶＧ−ＡＷＡＶＧ（４）
以上の例では、部分領域Ａの偏差は下記の（４−１）式により１０、部分領域Ｂの偏差は下記の（４−２）式により０、及び、部分領域Ｃの偏差は下記の（４−３）式により−１０になる。
７０−６０＝１０（４−１）
６０−６０＝０（４−２）
５０−６０＝−１０（４−３）

一方、全体制御値算出部１１０は、全体平均値算出部１０５で算出された全体平均輝度（ＡＬＬＡＶＧ）から、バックライト全体の全体制御値を算出する。全体平均輝度が低い場合（ここでは１５）、全体制御値も小さくなるようにする。例えば、下記の（７）式により、全体制御部（ＡＣ）が算出される。
ＡＣＶ＝ＡＬＬＡＶＧ×２＋５（７）
但し、全体制御値（ＡＣＶ）の最大値は、１００とする。ここで、全体制御値の最大値は相対値であり、いくらであってもよい。
ここで、全体平均輝度が１５である場合には、（７）式により、全体制御値は、３５となる。

部分制御値算出部１１１は、全体制御値算出部１１０から与えられる全体制御値（ＡＣＶ）と、比較部１０９から与えられる偏差（ＤＥ）と、予め定められている設定値（Ｇ）とを用いて、下記の（８）式により、各部分領域の部分制御値（ＰＣＶ）を算出する。
ＰＣＶ＝ＡＣＶ＋ＤＥ×Ｇ（８）
以上に記載された例では、ＡＣＶ＝３５、部分領域ＡのＤＥ＝１０、部分領域ＢのＤＥ＝０、及び、部分領域ＣのＤＥ＝−１０である。このため、部分領域Ａ、部分領域Ｂ及び部分領域Ｃの部分制御値は、それぞれ、下記の（８−１）式、（８−２）式及び（８−３）式により求められる。
３５＋１０×Ｇ（８−１）
３５＋０×Ｇ（８−２）
３５−１０×Ｇ（８−３）

例えば、Ｇ＝１と設定されている場合には、部分領域Ａの部分制御値は４５、部分領域Ｂの部分制御値は３５、及び、部分領域Ｃの部分制御値は２５となる。
また、Ｇ＝２と設定されている場合には、部分領域Ａの部分制御値は５５、部分領域Ｂの部分制御値は３５、及び、部分領域Ｃの部分制御値は１５となる。
一方、Ｇ＝０と設定されている場合には、部分領域Ａ、部分領域Ｂ及び部分領域Ｃの部分制御値は、全て３５となる。この場合には、それぞれの部分領域でバックライトの明るさが異ならない、全面バックライト制御となる。即ち、設定値Ｇを自由に設定することで、視聴者の好みのバックライト動作を実現することができる。

図２は、実施の形態１におけるバックライト制御方法を示すフローチャートである。
まず、映像入力端子１０１に入力された映像信号に基づいて、特徴量算出部１０２は、特徴量を算出する（Ｓ１０）。

次に、部分最大値検出部１０３は、各部分領域で部分特徴量最大値を検出する（Ｓ１１）。
また、部分平均値算出部１０４は、各部分領域で部分特徴量平均値を算出する（Ｓ１２）。
全体平均値算出部１０５は、全画面で特徴量平均値を算出する（Ｓ１３）。

加重平均係数算出部１０６は、全体平均値算出部１０５で算出された全画面の特徴量平均値から加重平均係数を算出する（Ｓ１４）。
そして、加重平均算出部は、加重平均係数算出部１０６で算出された加重平均係数を用いて、部分領域毎に、その部分特徴量最大値と、その部分特徴量平均値とを加重平均する（Ｓ１５）。

平均値算出部１０８は、加重平均算出部１０７で算出された加重平均値の平均値である基準平均値を算出する（Ｓ１６）。
そして、比較部１０９は、加重平均算出部１０７から与えられた一つの部分領域の加重平均値と、平均値算出部１０８から与えられた基準平均値とを比較する。
部分制御値算出部１１１は、全体平均値算出部１０５で算出された特徴量平均値に基づいて全体制御値算出部１１０で算出された全体制御値を受け取る。そして、部分制御値算出部１１１は、比較部１０９での比較結果に応じて、全体制御値から各部分領域のバックライト制御値である部分制御値を算出する（Ｓ１８）。

そして、映像信号の入力が続く等、特に終了する必要がない場合（Ｓ１９でＹＥＳ）には、処理はステップＳ１０に戻り、これらのステップが繰り返される。全てのステップは、一般的に映像信号の時系列的な入力に対し、繰り返し行われる。

具体的な数値を挙げて、計算方法を示したが、以下に、具体的な映像を例に、効果を説明する。
図３は、全体平均輝度が低い場合の映像例を示す概略図である。
図３に示されている映像１７０では、左上に月があり、右にビルがある。ビルの窓は、明るく光っている場合を想定している。簡単のため、背景は一様であるとする。

図４は、図３に示された映像１７０に含まれる部分領域毎の最大輝度と平均輝度とを示す概略図である。
図４に示されている上側の数字が最大輝度、下側の数字が平均輝度である。全体平均輝度は、簡単のため１０とする。
図４に示されているように、左上の区域を区域Ａ、右上のビルが一部分ある区域を区域Ｂ、右側のビルがある区域を区域Ｃ、背景の区域を区域Ｄとする。

全体平均輝度が１０であるため、（１）式により、加重平均係数は、０．１５となる。
そして、それぞれの区域に含まれる部分領域の加重平均輝度は、（２）式に基づいて、以下の（９）式から（１２）式により求められる。
区域Ａ：１５×０．１５＋９０×（１−０．１５）＝７８．７５（９）
区域Ｂ：１０×０．１５＋８０×（１−０．１５）＝６９．５（１０）
区域Ｃ：２０×０．１５＋８０×（１−０．１５）＝７１（１１）
区域Ｄ：５×０．１５＋５×（１−０．１５）＝５（１２）

この時、各区域に含まれる部分領域の加重平均輝度を有効映像領域全体で平均した基準平均値は、下記の（１３）により、およそ２７．５になる。
（７８．７５＋６９．５＋７１×２＋５×８）÷１２＝２７．５（１３）

そして、比較部１０９で算出される各区域に含まれる部分領域の偏差は、（４）式に従って、下記の（１４）式から（１７）式により求められる。
区域Ａ：７８．７５−２７．５＝５１．２５（１４）
区域Ｂ：６９．５−２７．５＝４２（１５）
区域Ｃ：７１−２７．５＝４３．５（１６）
区域Ｄ：５−２７．５＝−２２．５（１７）

全体制御値算出部１１０は、全体平均輝度から、全体制御値を算出する。全体平均輝度が低い場合、全体制御値は小さくなる。この例では、全体平均輝度が１０と低いため、（７）式により、全体制御値は２５となる。

次に、部分制御値算出部１１１は、（８）式に基づいて、下記の（１８）式から（２１）式により、各区域に含まれる部分領域の部分制御値を算出する。
区域Ａ：２５＋５１．２５×Ｇ（１８）
区域Ｂ：２５＋４２×Ｇ（１９）
区域Ｃ：２５＋４３．５×Ｇ（２０）
区域Ｄ：２５−２２．５×Ｇ（２１）

例えば、Ｇ＝１とすれば、（１８）式〜（２１）式により、区域Ａに含まれる部分領域の部分制御値は７６．２５、区域Ｂに含まれる部分領域の部分制御値は６７、区域Ｃに含まれる部分領域の部分制御値は６８．５、区域Ｄに含まれる部分領域の部分制御値は２．５となる。
ここで、部分制御値には、最大値及び最小値が設定されており、部分制御値算出部１１１は、算出された部分制御値が最小値よりも小さい場合には、最小値を採用し、算出された部分制御部が最大値よりも大きい場合には、最大値を採用する。例えば、最小値は、０、５又は２０に設定されている。最小値が０である場合には、算出された部分制御値が負の値となった場合は、設定された最小値が出力される。

このように、各区域での平均輝度にあまり差がなくても、各区域の部分制御値は、大きく異なる。このため、メリハリのあるバックライト制御を行うことができる。具体的には、月及びビルの窓が明るく輝いて見える。

次に、全体平均輝度が高い場合の例を示す。
図５は、全体平均輝度が高い場合の映像例を示す概略図である。
図５に示されている映像１７１では、左上に太陽があり、右にビルがある。また、中央下部に木とその影がある。簡単のため、背景は一様であるとする。

図６は、図５に示された映像１７１に含まれる部分領域毎の最大輝度と平均輝度とを示す概略図である。
図６に示されている上側の数字が最大輝度、下側の数字が平均輝度である。全体平均輝度は、簡単のため５０とする。
図６に示されているように、左上の区域を区域Ａ、右上のビルが一部分ある区域を区域Ｂ、右側のビルがある区域を区域Ｃ、木がある区域を区域域Ｄ、木の影がある区域を区域Ｅ、背景の区域を区域Ｆとする。

全体平均輝度が５０であるため、（１）式により、加重平均係数は、０．５５となる。
そして、それぞれの区域に含まれる部分領域の加重平均輝度は、（２）式に基づいて、以下の（２２）式から（２７）式により求められる。
区域Ａ：７０×０．５５＋１００×（１−０．５５）＝８３．５（２２）
区域Ｂ：５５×０．５５＋８０ ×（１−０．５５）＝６６．２５（２３）
区域Ｃ：６０×０．５５＋８０ ×（１−０．５５）＝６９（２４）
区域Ｄ：４０×０．５５＋５０ ×（１−０．５５）＝４４．５（２５）
区域Ｅ：２０×０．５５＋５０ ×（１−０．５５）＝３３．５（２６）
区域Ｆ：５０×０．５５＋５０ ×（１−０．５５）＝５０（２７）

この時、各区域に含まれる部分領域の加重平均輝度を有効映像領域全体で平均した平均値は、下記の（２８）により、およそ５５．５になる。
（８３．５＋６６．２５＋６９×２＋４４．５＋３３．５+５０×６）÷１２
＝５５．５（２８）

そして、比較部１０９で算出される各区域に含まれる部分領域の偏差は、（４）式に従って、下記の（２９）式〜（３４）式により求められる。
区域Ａ：８３．５ −５５．５＝２８（２９）
区域Ｂ：６６．２５−５５．５＝１０．７５（３０）
区域Ｃ：６９ −５５．５＝１３．５（３１）
区域Ｄ：４４．５ −５５．５＝−１１（３２）
区域Ｅ：３３．５ −５５．５＝−２２（３３）
区域Ｆ：５０ −５５．５＝−５．５（３４）

全体制御値算出部１１０は、全体平均輝度から、全体制御値を算出する。全体平均輝度が高い場合、全体制御値は大きくなる。この例では、全体平均輝度が５０と比較的高いため、（７）式により、全体制御値は１００となる。

次に、部分制御値算出部１１１は、（８）式に基づいて、下記の（３５）式〜（４０）式により、各区域に含まれる部分領域の部分制御値を算出する。
区域Ａ１００＋２８×Ｇ（３５）
区域Ｂ１００＋１０．７５×Ｇ（３６）
区域Ｃ１００＋１３．５×Ｇ（３７）
区域Ｄ１００−１１×Ｇ（３８）
区域Ｅ１００−２２×Ｇ（３９）
区域Ｆ１００−５．５×Ｇ（４０）

例えば、Ｇ＝１とすれば、式（３５）〜式（４０）により、区域Ａに含まれる部分領域の部分制御値は１２８、区域Ｂに含まれる部分領域の部分制御値は１１０．７５、区域Ｃに含まれる部分領域の部分制御値は１１３．５、区域Ｄに含まれる部分領域の部分制御値は８９、区域Ｅに含まれる部分領域の部分制御値は７８、区域Ｆに含まれる部分領域の部分制御値は９４．５となる。

ここで、区域Ａは１２８、区域Ｂは１１０．７５、区域Ｃは１１３．５となるが、部分制御値には最大値及び最小値が設定されているため、これらの区域に含まれる部分領域の部分制御値は、最大値（例えば、１００、９５又は８０等）に設定される。例えば、最大値が８０の場合は、区域Ａ、区域Ｂ及び区域Ｃの他、区域Ｄ及び区域Ｆの部分制御値も８０となる。

このように、各区域での平均輝度にあまり差がなくても、各区域の部分制御値は、大きく異なる。このため、メリハリのあるバックライト制御を行うことができる。具体的には、木の影が黒く引き締まり、コントラストが高くなり、高画質化が可能となる。

なお、最大輝度を検出する際には、意図しない信号（ノイズ）による影響を和らげるため、近隣の画素間で、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いて、突出した最大値を抑制することができる。また、時間方向でもＬＰＦを用いることで、例えば、それぞれの部分領域で、１画面前の最大輝度に現画面の最大輝度を一定の割合（この割合については設定可能）で加算することで、時間的に突出した最大値を抑制することができる。

以上の説明では、特徴量の例として輝度を用いたが、例えば、入力映像が赤、緑及び青の３原色であった場合は、輝度に準ずる値が簡易的な計算式で求められてもよい。入力映像が明るい時に大きくなる数値であれば、輝度に代えて用いることができる。
また、各画素で、画素毎に特定される値の最大値、例えば、赤、緑及び青の画素値の最大値を特徴量としても良い。例えば、赤、緑及び青の画素値の最大値を特徴量とした場合、赤いバラ等は、高い特徴量になり、特徴量を輝度とした時より、バックライトを明るく制御することができる。この場合には、色鮮やかな物を明るく表示したい表示装置等と組み合わせると、効果が期待できる。

以上では、加重平均係数の算出例として、（１）式を用いて算出しているが、加重平均係数の最大値は、１より小さい値であってもよい。また、加重平均係数の最小値が、例えば、０．５等と予め定められた値に決められていてもよい。
また、（１）式のように、加重平均係数の算出式は、必ずしも、全体平均輝度（ＡＬＬＡＶＧ）の１次式である必要はない。例えば、全体として特徴量の平均を重視したい場合、又は、特徴量の最大値を重視したい場合等、コンテンツ、ディスプレイの性能又はディスプレイの周辺環境により、適切な最大値、最小値及び計算式を用いることで、様々な調整が可能である。例えば、各部分領域において、特徴量の平均の差が小さいが特徴量の最大値に比較的大きな差があるとき、特徴量の最大値の差が小さいが特徴量の平均に比較的大きな差があるとき等に、各部分領域間のバックライトの輝度差が大きい方がよいか又は小さい方がよいかで、様々な調整が可能である。

また、実施の形態１では、比較部１０９は、減算を行っているが、除算を行ってもよい。即ち、比較部１０９は、基準平均値に対する加重平均値の割合を求めてもよい。その場合は、部分制御値算出部１１１は、加算ではなく、乗算を行う。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る画像処理装置２００の構成を概略的に示すブロック図である。
画像処理装置２００は、映像入力端子１０１と、特徴量算出部１０２と、部分最大値検出部１０３と、部分平均値算出部１０４と、全体平均値算出部１０５と、加重平均係数算出部２０６と、加重平均算出部１０７と、平均値算出部１０８と、比較部１０９と、全体制御値算出部１１０と、部分制御値算出部１１１と、周辺部分平均値算出部２１３と、出力端子１１２とを備える。
実施の形態２に係る画像処理装置２００は、周辺部分平均値算出部２１３及び加重平均係数算出部２０６を除いて、実施の形態１に係る画像処理装置１００と同様に構成されている。以下では、主に、周辺部分平均値算出部２１３及び加重平均係数算出部２０６について説明する。実施の形態２では、加重平均係数を算出する際に用いられる平均値を算出する範囲が、部分領域毎に異なる範囲となっている。

ここで、部分最大値検出部１０３、部分平均値算出部１０４、加重平均係数算出部２０６、加重平均算出部１０７、平均値算出部１０８、比較部１０９及び周辺部分平均値算出部２１３により、部分相対制御値算出部２２０が構成される。
また、特徴量算出部１０２、全体平均値算出部１０５、部分相対制御値算出部２２０、全体制御値算出部１１０及び部分制御値算出部１１１により、バックライト制御装置２３０が構成される。

周辺部分平均値算出部２１３は、部分最大値検出部１０３で特徴量最大値が検出された部分領域と同じ部分領域を含む予め定められた周辺部分の特徴量の平均値である周辺部分平均値を算出する。周辺部分は、例えば、それぞれの部分領域と、その周辺の８個の部分領域とを含む９個の部分領域であってもよい。また、周辺部分は、それぞれの部分領域を中心とする、水平方向に５個の部分領域と、垂直方向に３個の部分領域とに構成される１５個の部分領域であってもよい。さらに、周辺部分は、それぞれの部分領域を中心とする、水平方向に７個の部分領域と、垂直方向に５個の部分領域とに構成される３５個の部分領域であってもよい。

加重平均係数算出部２０６は、周辺部分平均値算出部２１３から与えられる周辺部分平均値から加重平均係数を算出する。
例えば、加重平均係数算出部２０６は、周辺部分平均値算出部２１３から与えられる周辺部分平均値である周辺部分平均輝度（ＰＡＲＴＡＶＧ）を用いて、下記の（４１）式から、加重平均係数（ＣＥ）を算出する。
ＣＥ＝ＰＡＲＴＡＶＧ×０．０１＋０．０５（４１）
但し、加重平均係数（ＣＥ）の最大値は１である。

以下に、具体的な映像を例に、効果を説明する。
図８は、バックライトの領域分割数が比較的多い場合の映像例を示す概略図である。

図８に示されている映像２７２には、明るさの異なる様々な物が含まれている。
例えば、映像２７２に含まれている木の影に着目すると、木の影の領域の明るさは暗めに制御することが望まれる。映像全体の平均輝度が比較的高く、かつ、木の影の周辺の領域の平均輝度の方が映像全体の平均輝度より高い場合、映像全体の平均輝度により加重平均係数を算出するより、木の影の周辺部分の平均輝度から加重平均係数を算出した方が、最大輝度よりも平均輝度を重視する計算になる。このため、より望ましい明るさ制御が可能となる。これは、全体が暗い映像の場合でも同じことが言える。

加重平均係数を算出するための平均輝度を計算するための最適な範囲は、人の目が一度に認識できる範囲等のように、都合のよい範囲設定が可能か否が関わるので、画面全体の大きさが大きく、バックライトの領域分割数が比較的多い場合に、このような周辺部分平均輝度による加重平均係数の算出方法に効果がある。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る画像処理装置３００の構成を概略的に示すブロック図である。
画像処理装置３００は、映像入力端子１０１と、特徴量算出部１０２と、部分相対制御値算出部１２０、２２０と、部分制御値算出部１１１と、出力端子１１２と、全体制御値入力端子３１４とを備える。
実施の形態３に係る画像処理装置３００は、全体制御値入力端子３１４を除いて、実施の形態１に係る画像処理装置１００又は実施の形態２に係る画像処理装置２００と同様に構成されている。以下では、主に、全体制御値入力端子３１４について説明する。

ここで、特徴量算出部１０２、部分相対制御値算出部１２０、２２０及び部分制御値算出部１１１により、バックライト制御装置３３０が構成される。
実施の形態３におけるバックライト制御装置３３０には、全体制御値が外部から入力される。
なお、部分相対制御値算出部１２０、２２０は、実施の形態１における部分相対制御値算出部１２０及び実施の形態２における部分相対制御値算出部２２０の何れか一方である。

全体制御値入力端子３１４は、全体制御値の入力を受け付ける。
実施の形態３における部分制御値算出部１１１は、部分相対制御値算出部１２０、２２０から与えられた値に設定値Ｇを乗算し、全体制御値入力端子３１４から与えられた全体制御値に加算する。

実施の形態３は、全面のバックライト制御機能はあるが部分領域毎に制御する機能がない回路（集積回路：ＩＣ等）に、バックライトを部分領域毎に制御する機能を付加する時に有効な構成である。

実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る画像表示装置としての画像処理装置４００の構成を概略的に示すブロック図である。
画像処理装置４００は、映像入力端子１０１と、バックライト制御装置１３０、２３０と、バックライト４４０と、映像信号処理部４５０と、光学パネル４５１とを備える。
実施の形態４における映像入力端子１０１は、実施の形態１と同様に構成されている。
実施の形態４におけるバックライト制御装置１３０、２３０は、実施の形態１におけるバックライト制御装置１３０及び実施の形態２におけるバックライト制御装置２３０の何れか一方である。

バックライト４４０は、バックライト制御装置１３０、２３０からの部分制御値に基づいて、部分領域毎に光を発する。ここで、バックライト４４０は、複数の部分領域で明るさを制御することができる。
映像信号処理部４５０は、映像入力端子１０１に入力された映像信号に高画質化処理等を施して出力する。例えば、映像信号処理部４５０は、一般的な映像信号処理、例えば、ノイズ除去、輝度補正、色補正、輪郭補正又は超解像処理等を行う。
光学パネル４５１は、映像信号処理部４５０から入力された映像信号により、光の透過率を変化させる。光学パネル４５１は、例えば、液晶パネルである。
ここで、映像信号処理部４５０及び光学パネル４５１により、入力画像に基づいて画像を表示する表示部４５２が構成される。

以上のような構成により、実施の形態４に係る画像処理装置４００は、実施の形態１又は実施の形態２で説明したような画像を出力することができる。

実施の形態５．
図１１は、実施の形態５に係る画像表示装置としての画像処理装置５００の構成を概略的に示すブロック図である。
画像処理装置５００は、映像入力端子１０１と、全体制御値入力端子３１４と、バックライト制御装置３３０と、バックライト４４０と、映像信号処理部４５０と、光学パネル４５１とを備える。
実施の形態５における画像処理装置５００は、全体制御値入力端子３１４及びバックライト制御装置３３０を除いて、実施の形態４に係る画像処理装置４００と同様に構成されている。

実施の形態５における全体制御値入力端子３１４は、実施の形態３における全体制御値入力端子３１４である。
実施の形態５におけるバックライト制御装置３３０は、実施の形態３におけるバックライト制御装置３３０である。

以上のような構成により、実施の形態５に係る画像処理装置５００は、実施の形態３で説明したような画像を出力することができる。

以上に記載されたバックライト制御装置１３０、２３０、３３０の一部又は全部は、例えば、図１２（Ａ）に示されているように、メモリ６６１と、メモリ６６１に格納されているプログラムを実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のプロセッサ６６２とにより構成することができる。このようなプログラムは、ネットワークを通じて提供されてもよく、また、記録媒体に記録されて提供されてもよい。即ち、このようなプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記憶媒体もまた本発明の一部を成す。

また、バックライト制御装置１３０、２３０、３３０の一部又は全部は、例えば、図１２（Ｂ）に示されているように、単一回路、復号回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ）又はＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）等の処理回路６６３で構成することもできる。

以上の実施の形態によれば、バックライトの制御は連続して変化するため、バックライトの輝度は、なめらかに変化し、画質が劣化しない。

また、以上の実施の形態１によれば、映像全体の全体平均輝度によって、部分領域内の部分平均輝度と部分領域内の部分最大輝度が加重平均される。このため、例えば、全体に明るい画像では、部分領域内の部分平均輝度が重視され、部分領域間で、部分領域内の部分最大輝度の差が少なくなっても、メリハリのあるバックライト制御を行うことができる。また、全体に暗い画像では、部分領域内の部分最大輝度が重視され、部分領域内の一部に明るい部分がある場合でも、バックライトを明るく制御し、明るく輝く部分を好ましく表現することができる。

また、以上の実施の形態２によれば、対象となる部分領域とその周辺の部分領域を含む範囲の平均輝度によって、部分領域内の部分平均輝度と部分領域内の部分最大輝度とが加重平均される。このため、例えば、一定程度のエリアにまたがって暗いエリアがあり、その中の一部エリア内に明るい部分がある場合に、部分領域内の部分最大輝度が重視されることで、バックライトを明るく制御し、明るく輝く部分を好ましく表現することができる。

さらに、各部分領域内で、加重平均によって得られた値を全ての部分領域で平均した基準平均値と、各部分領域で加重平均によって得られた値とを比較し、全体のバックエリア制御値に加算するため、各部分領域のバックライト輝度の偏りの強さを簡単に制御でき、全体のバックライト制御と違和感なく融合することができる。

１００，２００，３００，４００，５００画像処理装置、１０１映像入力端子、１０２特徴量算出部、１０３部分最大値検出部、１０４部分平均値算出部、１０５全体平均値算出部、１０６，２０６加重平均係数算出部、１０７加重平均算出部、１０８平均値算出部、１０９比較部、１１０全体制御値算出部、１１１部分制御値算出部、１１２出力端子、２１３周辺部分平均値算出部、３１４全体制御値入力端子、１２０，２２０部分相対制御値算出部、１３０，２３０，３３０バックライト制御装置、４４０バックライト、４５０映像信号処理部、４５１光学パネル、４５２表示部、６６１メモリ、６６２プロセッサ、６６３処理回路。

Claims

入力画像の画素毎に特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記入力画像に含まれる部分領域における前記特徴量の最大値である部分最大値を、前記入力画像に含まれる部分領域毎に検出する部分最大値検出部と、
前記部分領域における前記特徴量の平均値である部分平均値を、前記部分領域毎に算出する部分平均値算出部と、
予め定められた範囲における前記特徴量の平均値が大きいほど前記部分平均値の割合が高くなるように加重平均係数を算出する加重平均係数算出部と、
前記部分領域毎に、前記加重平均係数を用いて、前記部分最大値及び前記部分平均値の加重平均値を算出する加重平均算出部と、
前記加重平均値の平均値である基準平均値を算出する平均値算出部と、
前記部分領域毎に、前記加重平均値と、前記基準平均値とを比較するために、前記基準平均値を用いて前記加重平均値の偏差を求める比較部と、
バックライトの全体の明るさを示す全体制御値に、前記偏差に設定値を乗算した値を加算することで、前記設定値に応じて、前記比較部の比較結果に基づいて、前記部分領域毎に、前記加重平均値が前記基準平均値よりも大きいほど、前記バックライトの対応する部分が明るくなるように、又は、前記部分領域の明るさが同じとなるように、部分制御値を算出する部分制御値算出部と、を備えること
を特徴とするバックライト制御装置。
前記入力画像の全体における前記特徴量の平均値である特徴量平均値を算出する全体平均値算出部と、
前記特徴量平均値に基づいて、前記全体制御値を算出する全体制御値算出部をさらに備えること
を特徴とする請求項１に記載のバックライト制御装置。
前記特徴量は輝度であること
を特徴とする請求項１又は２に記載のバックライト制御装置。
前記特徴量は、画素毎に特定される値の最大値であること
を特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のバックライト制御装置。
バックライトと、
入力画像の画素毎に特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記入力画像に含まれる部分領域における前記特徴量の最大値である部分最大値を、前記入力画像に含まれる部分領域毎に検出する部分最大値検出部と、
前記部分領域における前記特徴量の平均値である部分平均値を、前記部分領域毎に算出する部分平均値算出部と、
予め定められた範囲における前記特徴量の平均値が大きいほど前記部分平均値の割合が高くなるように加重平均係数を算出する加重平均係数算出部と、
前記部分領域毎に、前記加重平均係数を用いて、前記部分最大値及び前記部分平均値の加重平均値を算出する加重平均算出部と、
前記加重平均値の平均値である基準平均値を算出する平均値算出部と、
前記部分領域毎に、前記加重平均値と、前記基準平均値とを比較するために、前記基準平均値を用いて前記加重平均値の偏差を求める比較部と、
バックライトの全体の明るさを示す全体制御値に、前記偏差に設定値を乗算した値を加算することで、前記設定値に応じて、前記比較部の比較結果に基づいて、前記部分領域毎に、前記加重平均値が前記基準平均値よりも大きいほど、前記バックライトの対応する部分が明るくなるように、又は、前記部分領域の明るさが同じとなるように、部分制御値を算出する部分制御値算出部と、
前記入力画像に基づいて画像を表示する表示部と、を備え、
前記バックライトは、前記部分制御値に基づいて、部分毎に明るさを制御すること
を特徴とする画像表示装置。
入力画像の画素毎に特徴量を算出し、
前記入力画像に含まれる部分領域における前記特徴量の最大値である部分最大値を、前記入力画像に含まれる部分領域毎に検出し、
前記部分領域における前記特徴量の平均値である部分平均値を、前記部分領域毎に算出し、
予め定められた範囲における前記特徴量の平均値が大きいほど前記部分平均値の割合が高くなるように加重平均係数を算出し、
前記部分領域毎に、前記加重平均係数を用いて、前記部分最大値及び前記部分平均値の加重平均値を算出し、
前記加重平均値の平均値である基準平均値を算出し、
前記部分領域毎に、前記基準平均値を用いて前記加重平均値の偏差を求めることで、前記加重平均値と、前記基準平均値とを比較して、前記部分領域毎に、バックライトの全体の明るさを示す全体制御値に、前記偏差に設定値を乗算した値を加算することで、前記設定値に応じて、前記加重平均値が前記基準平均値よりも大きいほど、前記バックライトの対応する部分が明るくなるように、又は、前記部分領域の明るさが同じとなるように、部分制御値を算出すること
を特徴とするバックライト制御方法。