JPWO2003038799A1 - 画像表示装置及び表示制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明の画像表示装置は、映像信号のダイナミックレンジの拡大のような妨害を助長する処理を行わず、かつ黒浮き妨害を回避しながら、視覚上のコントラスト感を向上させ、また光沢感のある高品位映像を再現し、総じて、観察者に最適な画面輝度の映像を提供できるようにしたものである。画像表示装置は、液晶表示部（１１）と、表示制御部（１４）と、バックライト（１２）と、バックライト制御部（１３）と、平均輝度検出部（１５）とを備え、表示する映像の平均輝度に応じて光源の輝度を制御するもので、さらに、ピーク検出部（１６）を備え、映像のピーク値を検出し、このピーク値に応じてバックライト制御部（１３）の輝度制御を補正する。

Description

技術分野
本発明は、映像信号を表示する画像表示装置に関し、より詳しくは、光源を有し、表示する映像信号に応じて動的に光源の輝度調整を行う、直視型もしくは投射型の透過型液晶画像表示装置に関する。
背景技術
光源手段を有する透過型の画像表示装置として液晶画像表示装置がある。透過型の画像表示装置は、液晶パネル自体は発光しない非発光型なので、光源を別途必要とする。直視型液晶画像表示装置では、液晶パネルの背面にバックライトと称する光照射部が設けられており、光源として一般的に冷陰極管という蛍光管が使われる。俗に液晶プロジェクタと呼ばれる投射型液晶画像表示装置では、スクリーンに投射された画面の輝度をハロゲンランプやメタルハライドランプなどのランプ光源から得ている。
図１５に、一般的な直視型液晶画像表示装置の構成を示す。図１５において、２０１は液晶表示部、２０２はバックライト、２０３はバックライト制御部、２０４は表示制御部、２０５は入力である。入力２０５からは、液晶表示部２０１に表示する映像信号が、例えばＹＰｂＰｒ信号（輝度信号と色差信号）の形式で入力される。表示制御部２０４では、入力した映像信号を液晶表示部２０１に表示するための制御を行う。具体的にはＹＰｂＰｒ信号をＲＧＢ信号に変換したり、液晶表示部２０１の駆動方法に従って映像信号を並び替えたり、液晶表示部２０１に最適なガンマ補正を行うなどの処理を行う。バックライト２０２は、液晶表示部２０１が輝度を得るための光源である。バックライト制御部２０３は、バックライト２０２の駆動制御を行う。バックライト制御部２０３は、バックライト２０２を常にある一定の輝度で発光するよう制御を行う。バックライト制御部２０３は調光機能を持つ場合がある。調光対応のバックライト制御部では、予め決められた発光輝度を得るための設定電圧値（もしくは電流値）を複数種類持ち、例えばマイコンなどからの指令を受けて、適宜設定値を切り替えることによりバックライト２０２の輝度を切り替える。
図１６Ａ及び１６Ｂは、表示する映像信号の平均輝度レベルと画像表示装置の画面輝度の関係を示す図である。調光制御として２種類の画面輝度の設定を図示している。特性１６−１はユーザー設定で、観察者が「明るい」モードを選定した際の、バックライト調光の場合の特性であり、液晶に白を表示した際に得られる画面輝度が４２０カンデラである。特性１６−２は「標準」モードを選定した際の、バックライト調光の場合の特性であり、液晶に白を表示した際に得られる画面輝度が２６０カンデラである。図１６Ａ及び１６Ｂから明らかなように、調光機能によって画像表示装置を観察する観察者は画面輝度を変更できるが、この輝度の変更は画像表示装置に表示される映像信号とは無関係に、常に一定輝度である。
画像表示装置の画面輝度（明るさ）は、液晶表示部２０１の透過率とバックライト２０２の発光輝度の積で決まる。前述したように、バックライト２０２の輝度は映像信号とは無関係に一定であるので、表示する映像信号の階調は、液晶表示部２０１の透過率のみに従うことになる。つまり、画像表示装置の表示能力は液晶表示部２０１が表示しうるダイナミックレンジ（白と黒各々の明るさの表示能力）によって決まると言える。
近年、液晶画像表示装置の画質をより高品位に、または見やすくするため、随時変化する映像信号に応じて、映像信号のコントラスト調整や光源の輝度調整を動的に行う改善方法が、種々提案されている。
バックライトの輝度調整を動的に行う従来の改善方法としては、例えば、特許文献１に開示されているものが存在する。この特許文献１に開示されている従来の改善方法を図１７に示す。図１７において、平均輝度検出回路２０６と、バックライト制御部２０７を持つことが特徴である。平均輝度検出回路２０６では、映像信号の平均輝度レベルを検出する。この検出した平均輝度レベルが大きい場合、バックライトの輝度を下げるように、バックライト制御部２０７がバックライト２０２を制御する。このときの平均輝度と画面輝度の関係を図１８に示す。これらの処理により、映像信号の平均輝度レベルに応じて表示輝度が制御されるので、画像表示装置を観察する者が、表示映像が明るすぎる、もしくは逆に暗すぎるなどと感じることを効果的に防止でき、見やすい画面を表示できる。また、バックライトが常に一定輝度で発光する場合と比較して、視覚上のダイナミックレンジが拡大したように見える。つまり、画面が暗い場合と明るい場合でメリハリがでるのである。また、暗い背景のなかの一部に、金属の映像など明るい部分が存在する映像などでは、この金属の部分の輝度が増大するため、光沢感が増した高品位映像が再現できる。
また、映像信号のコントラスト調整とバックライトの輝度調整の双方を、相関を持たせて動的に制御する改善方法としては、例えば、特許文献２に開示されているものが存在する。この特許文献２に開示されている従来の改善方法においては、平均輝度を基準に映像信号のダイナミックレンジを拡大し、かつオフセットに従い映像信号をレベルシフトする。このままでは画面上の視覚的輝度レベルがシフトしてしまうので、バックライトの調光によってこれを吸収する。これらの処理により、視覚的なコントラスト感を改善する。
また、映像信号のコントラスト調整（振幅変調）とバックライト（光源）の輝度調整（光出力変調）の双方を、相関を持たせて動的に制御する他の改善方法として、特許文献３に開示されているものが存在する。この特許文献３に開示されている従来の改善方法においては、映像信号の暗レベル検出を行い、暗レベル期間が所定のしきい値を超えた場合には、発光部の光出力レベルを絞ると同時に、映像信号のダイナミックレンジを拡大する。暗レベルがしきい値を超えない場合には、光出力も映像信号も変調しない。これらの処理により、明レベルの表示に影響を与えずに暗レベルの表示むらを目立たなくしている。
しかしながら、上述の特許文献１のように、映像信号の平均輝度レベルが低ければバックライトの輝度を上げるという改善方法では、以下に述べる問題を有している。つまり、液晶表示部２０１には、黒を表示するときにもバックライトの光が漏れる、いわゆる黒浮きと呼ばれる現象が発生する。この黒浮き現象により画像が全体的に白っぽくなり、画質を著しく損なう。このため、バックライトの輝度が増大するほど光漏れ等による黒浮きが増大し、光源の高輝度化がコントラストの向上に必ずしも反映されなくなる。
また、上述の特許文献２のように、映像信号のダイナミックレンジを拡大するという改善方法では、以下に述べる問題を有している。つまり、階調がつぶれた映像を含む信号のダイナミックレンジを拡大すると、つぶれた個所が強調されて、妨害となって観察者に認識される。また、映像信号にノイズが重畳されている場合、ダイナミックレンジの拡大によってこのノイズ成分が強調されて、やはり妨害となって観察者に認識される。
また、上述の特許文献３のように、映像信号の暗レベル期間の検出によって、映像信号と光源の光出力を連動させて変調を行う改善方法では、以下に述べる問題を有している。つまり、映像信号と光源の光出力の変調を、映像信号の暗レベルの情報のみで実施しており、他の映像信号の情報（例えば平均輝度）は参照していないため、映像信号に暗レベルが存在しない映像に対しては、画質改善の効果が発揮されない。また、前述の特許文献２と同様、映像信号の振幅変調は、階調つぶれや、映像信号に重畳されたノイズ妨害を助長する。
（特許文献１）
特開平８−２０１８１２号公報（名称「液晶表示装置」）
（特許文献２）
特開２００１−２７８９０号公報（名称「画像表示装置および画像表示方法」）
（特許文献３）
特開平６−１０２４８４号公報（名称「空間光変調素子を用いた映像表示装置及び映像表示装置」）
発明の開示
本発明は、映像信号のダイナミックレンジの拡大のような妨害を助長する処理を行わず、かつ黒浮き妨害を回避しながら、視覚上のコントラスト感を向上させ、また光沢感のある高品位映像を再現し、観察者に最適な画面輝度の映像を提供できるようにすることを目的とするものである。
本発明による画像表示装置は上記した目的を達成するために、以下のような技術手段を具備する。
すなわち、本発明に係る画像表示装置は、基本的な構成として、映像を表示する映像表示手段と、映像表示手段に映像を表示するための制御を行う表示制御手段と、映像表示手段が明るさを得るための光源と、光源の輝度を動的に制御するための光源制御手段と、平均輝度を検出する平均輝度検出手段と、映像信号のピークを検出するピーク検出手段とを備える。
そして、光源制御手段は、光源の輝度を動的に制御する。光源制御手段における光源輝度の動的制御は、映像表示手段が表示する映像の平均輝度に基づいて行われる。平均輝度が低い場合は、平均輝度が高い場合と比較して、映像表示手段の画面輝度が高くなるよう制御する。
また、光源制御手段における光源輝度の動的制御は、さらにピーク検出手段の検出結果に基づいて補正される。映像表示手段が表示する映像にある条件を満たしたピークが存在するもしくはピークが多い場合、存在しないもしくは少ない場合と比較して、映像表示手段の画面輝度が高くなるよう制御する。ピークが存在しないもしくは少ない場合、存在するもしくは多い場合と比較して、映像表示手段の画面輝度が低くなるように、制御する。
また、光源制御手段における光源輝度の動的制御は、ある平均輝度の値に対応する特性変更点を持つ。平均輝度検出手段で検出した平均輝度が特性変更点以下である場合は、前述のピークによる特性切り替えを行って光源輝度を制御する。平均輝度が特性変更点以上である場合は、ピークによる切り替えを行わずに光源輝度を制御する。
つまり、本発明では、基本的には従来例と同じ光源制御をする他、さらに表示する映像のピークによって光源輝度を動的に制御するものである。
具体的には、例えば、表示する映像信号の平均輝度が低く、つまり全体的に暗い映像で、かつピークがない、もしくは少ない映像では、光源輝度の増大は映像表示手段の黒の輝度が上昇する、いわゆる黒浮き妨害をただ増長させるだけである。よって、画面全体が暗い、つまり平均輝度値が低い映像で、かつピークを持たない、もしくはピークの小さい映像では、光源輝度を減少するよう補正する。これにより、黒浮き妨害を回避する。
また、例えば、表示する映像信号の平均輝度が低く、つまり全体的に暗い映像で、かつピークがある、もしくは多い映像では、映像のピーク部分の輝度をより増大させて強調したほうが、メリハリや立体感のある映像が表示できるので、この場合、光源輝度を増大させる。暗い背景の中に指輪などの金属が表示されているような映像が該当し、十分に光源輝度を増大させて金属の光沢感を表現する。
また、映像信号のダイナミックレンジを拡大する処理を行わないので、階調つぶれやノイズ成分が強調されるような妨害が発生しない。
また、表示映像のピークの有無のみならず、映像が明るいか暗いかという情報を平均輝度の検出から得ているので、暗い映像のみならず、暗い映像（平均輝度の値が低い映像）と明るい映像（平均輝度が高い映像）の切り替わりにて、動的なコントラストが向上する。
かように、本発明によれば、観察者に最適な表示映像を提供することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置を、図１〜図５を用いて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図であり、同図に示すように、液晶表示部１１、バックライト１２、バックライト制御部１３、表示制御部１４、平均輝度検出部１５、ピーク検出部１６、入力１７から構成されている。
入力１７からは、液晶表示部１１に表示する映像信号であるＰＩＣ（Ｐｉｃｔｕｒｅ）信号が、例えばＹ色差信号の形式で入力される。表示制御部１４では、ＰＩＣ信号を液晶表示部１１に表示するための制御を行い、ＤＲＶ（Ｄｒｉｖｅ）信号として液晶表示部１１に出力する。バックライト１２は、透過型である液晶表示部１１が画面輝度を得るための光源である。
平均輝度検出部１５では、ＰＩＣ信号の平均輝度を検出し、ＡＶＥ（Ａｖｅｒａｇｅ）信号としてバックライト制御部１３に出力する。平均輝度は百分率で表し、表示映像が画面全体ですべて黒の場合、平均輝度は０％である。すべて最高値の白の場合は、平均輝度は１００％である。バックライト制御部１３はＡＶＥ信号を入力し、バックライト１２の輝度をＣＴＬ（Ｃｏｎｔｒｏｌ）信号により制御する。制御の特性は、ＡＶＥ信号が大きければバックライトの輝度を下げ、小さけばバックライトの輝度を上げる。
本発明の画像表示装置の特徴は、ピーク検出部１６を有することにある。ピーク検出部１６の出力であるＰＥＫ（Ｐｅａｋ）信号もまた、ＡＶＥ信号と同様にバックライト制御部１３に渡される。
図２は、ピーク検出部１６の詳細なブロック図である。図２において、２１は比較器、２２はカウンタ、２３は判別器、２４は閾値ｍ発生器、２５は閾値ｎ発生器、２６はＶリセットＳ、２７はＶリセットＥ、２８は入力、２９は出力である。
入力２８からはＰＩＣ信号が入力され、比較器２１に入力される。比較器２１では、順次入力されるＰＩＣ信号の輝度信号もしくは輝度成分と、閾値ｍ発生器２４で発生する閾値ｍとを比較し、比較結果をＣＭＰ（Ｃｏｍｐａｒｅ）信号としてカウンタ２２に出力する。ＣＭＰ信号は、例えば閾値ｍより入力輝度信号レベルが大きい場合はＨｉｇｈを、小さい場合はＬｏｗの状態を取る。ＶリセットＳ２６は、映像信号の垂直スタート位相に従いＶ−ＳＴ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｓｔａｒｔ）信号パルスを発生する。ＶリセットＥ２７は、映像信号の垂直エンド位相に従いＶ−ＥＮＤ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｅｎｄ）信号パルスを発生する。映像信号の垂直スタート、垂直エンドは、例えばＰＩＣ信号に付随する垂直同期信号の立ち上がり、立ち下りで規定される。カウンタ２２は、このＶ−ＳＴ信号とＶ−ＥＮＤ信号で規定される期間において、カウント動作を行う。Ｖ−ＳＴ信号でカウンタ値をリセットし、ＣＭＰ信号がＨｉｇｈ、つまりＰＩＣ信号の輝度レベルが閾値ｍより大きい場合は＋１のアップカウント動作を行い、ＣＭＰ信号がＬｏｗの場合はカウンタ値をホールドする。そして、Ｖ−ＥＮＤ信号でカウンタ値をラッチして確定し、ＣＮＴ（Ｃｏｕｎｔ）信号として判別器２３に出力する。判別器２３では、Ｖ−ＥＮＤ信号で確定したＣＮＴ信号と閾値ｎ発生器２５の閾値ｎを比較し、ＰＥＫ信号として出力２９から出力する。ＰＥＫ信号の状態は、例えばＣＮＴ信号の値が閾値ｎよりも大きければＨｉｇｈ、小さい場合はＬｏｗの状態を取る。
ピーク検出部１６では、上記説明の一連の動作をＶ−ＳＴ信号とＶ−ＥＮＤ信号で規定される期間において、画面内のすべての画素に対して行う。ＰＩＣ信号がＶＧＡ解像度の信号であると仮定すれば、一連の動作におけるカウント回数は約３０万回（＝６４０×４８０）となる。ここではＰＩＣ信号は８ビットのデジタル信号であると仮定する。よって、ＰＩＣ信号の輝度レベルは、例えば黒が０、最高値である白が２５５となる。また、閾値ｍが２００、閾値ｎが３００であると仮定する。まずＶ−ＳＴ信号でカウンタ２２のカウント値が０にリセットされる。比較器２１において、順次入力されるＰＩＣ信号の輝度レベルと閾値ｍ（＝２００）とが画素単位で比較され、ｍ（＝２００）以上である場合、比較器２１がＨｉｇｈ信号をカウンタ２２に送り、カウンタ２２が＋１のアップカウントする。ｍ（＝２００）以下である場合、比較器２１がＬｏｗ信号をカウンタ２２に送り、カウンタ２２はカウント値をホールドして何もしない。そして、Ｖ−ＥＮＤ信号でカウンタ２２の結果を判別器２３に送る。判別器２３では、カウンタ２２の結果が閾値ｎ（＝３００）より大きいか小さいかの判断を行う。つまり、垂直同期で規定される映像スタートからエンドまでの１画面の映像信号を入力される順に画素毎に閾値ｍと比較して、閾値ｍ以上のレベルの画素数をカウントし、カウント結果が閾値ｎ以上であれば、３０万画素の画面にて、レベルｍ以上の画素がｎ個以上存在したという判断から、ピークがあると判定して、結果を出力する。
カウンタ２２によるアップカウントはすべての画素に対してではなく、ｄ画素おき（ｄは任意の整数）でもよい場合もあり、その場合処理の動作速度（クロックスピード）を１／ｄに落とすことが可能である。また、１ラインおきでもピーク検出が十分行える場合もある。ここで、ラインとは、液晶表示部１１にＰＩＣ信号を表示する際の垂直方向の走査単位を示す。
また、閾値ｍが２００、閾値ｎが３００の場合を説明したが、ｍ＝２５５、つまり画像のなかで最大振幅レベルを持つ画素を検出対象としてもよい。また、ｎ＝１、つまり画像のなかでただひとつでも閾値ｍを超えた場合、ピークがあると判断してもよい。
次に、バックライト制御部１３の動作について、図３Ａ及び３Ｂを用いて説明する。図３Ａ及び３Ｂは、バックライト制御部１３の制御特性を示す図である。図３Ａにおいて、横軸は平均輝度検出部１５にて検出された平均輝度（％）であり、画面が全黒の場合０％、全白の場合１００％である。縦軸は、白（８ビットデジタル信号で２５５レベル）を表示した液晶表示部１１が、バックライト制御部１３によって制御されたバックライト１２に照射された結果の画面輝度（カンデラ、ｃｄ／ｍ^２）である。平均輝度０％は全表示エリアが０レベルの黒を表示している場合を意味するので、平均輝度０％の場合の２５５レベルの白を表示した際の輝度という表現は厳密には矛盾するが、説明の簡便化のため平均輝度がほぼ０％の場合を０％と表現する。例えばＶＧＡ解像度において、画面全体が０レベルの黒を表示しているなかに、２０画素×２０画素のエリアに２５５レベルの白を表示した場合の平均輝度は０．１３％であり、このような場合を平均輝度０％と表現する。図３Ｂは、図３Ａが示す特性図のデータ（数値）を示す図である。本実施形態の特徴は、この平均輝度と画面輝度の特性が２種類あることにある。図３Ａでは、特性３−１と特性３−２の２つの特性を持つ。この２つの特性を、ピーク検出部１６の検出結果であるＰＥＫ信号によって切り替える。
図３Ａにおいて、平均輝度が４０％のポイントが制御特性を切り替える特性変更点であり、この点より平均輝度が大きいか小さいかで（この点を平均輝度が超えたか否かで）バックライト１２の制御特性を切り替える。図３Ａにおいて、切り替えはＰＥＫ信号に従い、ＰＥＫ信号がＨｉｇｈ（ピーク検出部１６が表示映像にピークがあると判断した）の場合、図３Ａ中の特性３−１を選択し、この特性図が示す画面輝度が得られるよう、バックライト１２を制御する。つまり、例えば平均輝度が２０％と低い場合は、画面輝度が４４０カンデラ得られるようバックライト１２を制御する。他方、平均輝度が７０％と高い場合には、２９０カンデラの画面輝度が得られるよう制御する。また、映像にピーク部分が無い場合は、ＰＥＫ信号のＬｏｗレベルに従い、図３Ａの特性３−２を選定して、バックライト１２を制御する。同じ平均輝度検出結果（例えば平均輝度が２０％）でも、ピークありの場合は４４０カンデラ、ピークなしの場合は３９０カンデラであるよう、バックライト１２を補正する。
図３Ａは、映像にピーク部分が無い場合において、ピークがあると判断した場合と比較して低い輝度値をとるように補正する。また、この補正は、平均輝度検出値が高い場合の輝度より高い輝度値をとるように制御する。
この制御により、液晶表示部１１に表示する画像にピークがある場合は、平均的に明るい画面の場合よりも暗い画面においてバックライトをより光らせて、画面輝度を得る。例えば、暗い背景の中にスプーンのような金属の映像がある画面に対して、画面輝度をあげることにより金属部分の光沢感を表現する。晴天の空のような平均的に明るい映像では画面輝度を下げることで、スプーンのシーンと青空のシーンのシーンチェンジでの、視覚上のコントラスト感を向上させる。ピークの無い映像の場合は、光沢感を表現したい高い輝度の映像がない、もしくは少ないので、この場合バックライトを光らせても、エネルギーは液晶表示部１１に遮られて無駄に消費され、また黒浮きも目立つ。よって、図３Ａにおいては、特性３−１よりも輝度上昇をおさえる特性３−２に補正し、制御する。
また、例えば図１６Ａ及び１６Ｂの従来例の特性で、画面輝度を４２０カンデラで一律に光らせた場合と比較すると、表示する映像信号の内容にもよるが、図３Ａの特性は、図１６Ａ及び１６Ｂの特性１６−１と比較して、消費電力の面でも有利となる。
図３Ａで示した特性を得るためのハードウェアは、例えばＲＯＭを用いたルックアップテーブルで実現しても良いし、折れ線近似の演算でＬＳＩ内部に実現してもよい。
図３Ａでは平均輝度に対して画面輝度をリニアに制御する場合を例に挙げたが、例えば図４Ａ及び４Ｂに示すように、非線形の特性で制御してもよい。
また、図３Ａでは、特性変更点が４０％の場合を例に挙げたが、図４Ａ及び４Ｂのように、特性変更点が平均輝度の５０％の点である場合もあり得、特性変更点となる平均輝度の値は任意である。
また、図３Ａでは平均輝度１００％のとき２００カンデラ、平均輝度０％でかつピークありの場合画面輝度５００カンデラの特性を例に挙げたが、例えば図５Ａ及び５Ｂに示すように、平均輝度１００％のとき１００カンデラ、平均輝度０％でかつピークありの場合画面輝度３５０カンデラである場合もある。これら平均輝度と画面輝度の関係は、液晶表示部１１の特性やバックライト１２の特性に依存するものであり、液晶表示部１１の特性や、実際に表示画面を評価したその評価結果、または消費電力などを考慮して、最良な値を定めてバックライト制御部１３で制御すればよい。
以上説明したように、本実施形態の画像表示装置は、液晶映像表示部とバックライトとバックライト制御部と表示制御部と平均輝度検出部とピーク検出部を備え、表示する映像の平均輝度とピークに応じて、バックライトの輝度を動的に制御する画像表示装置である。
つまり、本実施形態では、表示する映像の平均輝度によってバックライトの制御を動的に行い、さらにピークの値によって制御特性を補正する。すなわち、例えば、ピークのない暗い映像、つまり表示映像のピークがある条件以下でかつ平均輝度レベルが低い場合は、バックライト輝度の増大は、映像表示手段の黒の輝度が上昇する、いわゆる黒浮き妨害をただ増長させるだけであるので、平均輝度が低い映像で、かつピーク値を持たない、もしくはピーク値の小さい映像では、バックライト輝度の増大を抑えるよう補正する。また、暗い映像（平均輝度の値が低い映像）と明るい映像（平均輝度が高い映像）の切り替わりにて、動的なコントラストが向上する。
これにより、黒浮き妨害を回避しつつ光沢感を表現し、観察者に最適な表示映像を提供することが可能となる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置を、図６、図７Ａ及び７Ｂを用いて説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置におけるピーク検出部１６のブロック図であり、同図において前記した図２と均等なものには、同一符号を付してある。図６において、６１、６２、６５、６６が比較器、６３、６４がカウンタ、６７が判別器、６８〜７１が、それぞれ閾値ｍａ，ｍｂ，ｎａ，ｎｂを発生する閾値発生器、７２が出力である。
入力２８からはＰＩＣ信号が入力され、比較器６１、６２に各々入力される。比較器６１では、順次入力されるＰＩＣ信号の輝度信号もしくは輝度成分と、閾値ｍａ発生器６８で発生する閾値ｍａとを比較し、比較結果をカウンタ６３に出力する。カウンタ６３は、Ｖ−ＳＴ信号とＶ−ＥＮＤ信号で規定される期間において、カウント動作を行い、結果を比較器６５に出力する。比較器６５では、カウンタ６３の出力と、閾値ｎａ発生器７０の閾値ｎａとを比較し、ＣＭＰ−Ａ信号として判別器６７に出力する。
比較器６２では、順次入力されるＰＩＣ信号の輝度信号もしくは輝度成分と、閾値ｍｂ発生器６９で発生する閾値ｍｂとを比較し、比較結果をカウンタ６４に出力する。カウンタ６４は、Ｖ−ＳＴ信号とＶ−ＥＮＤ信号で規定される期間において、カウント動作を行い、結果を比較器６６に出力する。比較器６６では、カウンタ６４の出力と、閾値ｎｂ発生器７１の閾値ｎｂとを比較し、ＣＭＰ−Ｂ信号として判別器６７に出力する。
判別器６７は、ＣＭＰ−Ａ信号とＣＭＰ−Ｂ信号を入力し、両信号から３段階のピーク検出値であるＭＯＤ信号を算出して、出力７２から出力する。
本実施形態が前記第１実施形態と異なる点は、閾値の異なる２系統のピーク検出手段を持ち、映像信号が持つピークレベルの度合いを３段階で検出していることにある。ピークのレベルと出現頻度から、ＭＯＤ（Ｍｏｄｅ）信号は、イメージ的に「ピークが無い」、「ピークが少しある」、「ピークが多い」の３段階の値をとる。このＭＯＤ信号を、バックライト制御部１３に出力する。
例えば、ｍａ＝１６０、ｍｂ＝２００、ｎａ＝ｎｂ＝４００と仮定する。ＰＩＣ信号が１画面のなかに、輝度レベル２３０の画素が５００個存在した場合を仮定すると、比較器６５、比較器６６はそれぞれ「ピークあり」と判断するので、判別器６７は、ＭＯＤ信号を「ピークが多い」として出力する。
また、例えば、入力映像輝度信号が１画面のなかに、１８０レベルの画素が５００個、２３０レベルの画素が１００個存在したと仮定する。この場合、比較器６５は「ピークがない」と判断し、比較器６６は「ピークがある」と判断する。よって、この場合、判別器６７はＭＯＤ信号を「ピークが少しある」と設定して、出力する。
また、例えば、ＰＩＣ信号が１画面のなかに、１００レベルの画素が５００個、１８０レベルの画素が１００個存在したと仮定する。この場合、比較器６５および比較器６６はともには「ピークがない」と判断する。よって、この場合、判別器６７は、ＭＯＤ信号を「ピークがない」として、出力する。
図７Ａ及び７Ｂは、本実施形態における、バックライト制御部１３の制御特性を示す図であり、図７Ａにおいて、横軸は平均輝度検出部１５にて検出された平均輝度であり、縦軸はバックライト１２によって照射された結果の液晶表示部１１の画面輝度である。
図７Ａ及び７Ｂから明らかなように、第２実施形態におけるバックライト制御部１３は、３つの特性を持つ。この異なる３つの特性を、図６で説明したピーク検出部１６の検出結果であるＭＯＤ信号によって切り替える。具体的には、ＭＯＤ信号が、「ピークが多い」という状態である場合は特性７−１を選択し、バックライト１２を制御する。「ピークが少しある」という状態である場合は特性７−２を選択する。「ピークがない」という状態である場合は特性７−３を選択する。第１実施形態の構成が２値検出による切り替えであったのに比べて、本実施形態では、より細かい制御を行うことが可能となる。
なお上記の例では、ピークの有無を３状態で検出して、３つの制御特性を持った例を挙げたが、ピークの有無を４つ以上の状態で検出して、検出状態の数に対応した制御特性を持たせてもよい。
以上説明したように、本実施形態では、ピーク検出により複数の状態を検出させ、そのピーク検出状態の数の制御特性を持たせることで、より理想的な処理を行うことが可能となる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置を、図８を用いて説明する。
図８は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置におけるピーク検出部１６の構成を示すブロック図であり、同図において前記した図２と均等なものには、同一符号を付してある。図８において、８１、８３は比較器、８２はラッチ、８４は閾値ｐ発生器である。
本実施形態の特徴は、比較器８１がループを構成して、表示する映像における最大輝度レベルを検出している点にある。つまり、比較結果であるＦＢＫ（Ｆｅｅｄｂａｃｋ）信号を比較器８１の入力にフィードバックしている。比較器８１のフィードバック動作は順次入力されるＰＩＣ信号の画素単位であり、ＰＩＣ信号とＦＢＫ信号のレベルを比較して、大きいほうの信号を更新したＦＢＫ信号として出力する。
比較器８１の処理開始であるＰＩＣ信号の映像スタートの時点で、ＶリセットＳ２６の出力であるＶ−ＳＴ信号に従いＦＢＫ信号をゼロにリセットする。例えばＰＩＣ信号が映像スタートから順に、ａ０、ａ１、ａ２、ａ３という画素の順に入力されて、レベルがそれぞれａ０＝５０、ａ１＝２００、ａ２＝１４０、ａ３＝５０であると仮定する。映像スタート時点ではＦＢＫ信号はゼロにリセットされるので、１番目の画素ａ０を入力する時間では、比較器８１はａ０とゼロを比較して、ＦＢＫ信号として５０（＝ａ０）を出力する。次の画素ａ１が入力される時間では、ａ１とフィードバックされるＦＢＫ信号が比較されるので、実質ａ０とａ１のレベルの比較となり、更新するＦＢＫ信号のレベルは２００（＝ａ１）となる。その次の時間では、ａ２とフィードバックされるＦＢＫ信号との比較であるので、ＦＢＫ信号のほうが大きく、ＦＢＫ信号は２００が維持される。次の時間のａ３との比較でも、ＦＢＫ信号は２００が維持される。このように、画素単位で順次入力に対して比較処理を行い、垂直映像スタートから入力される画素のうち最大レベルの情報を検出する。この動作を垂直映像エンドまで繰り返して、１画面内で最大レベルを検出する。
ラッチ８２は、垂直映像エンドのタイミングで比較器８１の演算結果を取り込み、比較器８３に出力する。比較器８３では、閾値ｐ発生器８４からの閾値ｐと、ラッチ８２の出力とを比較して、ラッチ８２の出力レベルが閾値ｐより大きい場合、「ピークあり」と判断して、結果をＰＥＫ信号として出力２９からバックライト制御部１３に出力する。バックライト制御部１３では、ＰＥＫ信号で前述の図３Ａ及び３Ｂの特性を切り替えて、バックライト１２を制御する。
以上説明したように、本実施形態では、ループを組んで順次入力信号と過去の最大レベルとを画素単位で比較することにより、表示する映像における最大レベルを検出する。比較動作は、入力映像信号の垂直映像スタートから垂直映像エンドまでの１画面に対して行う。かような構成と動作をとる本実施形態では、前記第１実施形態のピーク検出と比較して、カウンタが省略できる分、回路規模が小さくなり、消費電力も有利となる。また、管理する閾値も１つで済み、システム調整が容易となる。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る画像表示装置を、図９を用いて説明する。
図９は、本発明の第４実施形態に係る画像表示装置におけるピーク検出部１６の構成を示すブロック図であり、同図において前記した図２、図６、図８と均等なものには、同一符号を付してある。図９において、９１、９２は比較器、９３は判別器、９４、９５は、閾値ｐａ、ｐｂを各々発生する閾値発生器、９６は出力である。
本実施形態の特徴は、ラッチ８２の出力に対して２種類の閾値ｐａ、ｐｂと比較し、３種類のピークの状態を検出し、ＰＭＯＤ（ＰｅａｋＭｏｄｅ）信号として「ピークが小さい」、「ピークが中間レベル」、「ピークが大きい」の情報を、出力９６からバックライト制御部１３に出力するようにしたことにある。
例えば、ｐａ＝２００、ｐｂ＝１５０であると仮定する。ラッチ８２の出力が２３０レベルである場合、比較器９１、９２ともに「ピークがある」と判断する。よって、判別器９３では、「ピークが大きい」と判断する。
また例えば、ｐａ＝２００、ｐｂ＝１５０であり、かつラッチ８２の出力が１６０レベルである場合、比較器９１は「ピークがない」という結果を出力し、比較器９２は「ピークがある」という結果を出力する。よって、判別器９３は「ピークが中間レベル」と判断する。
また例えば、ｐａ＝２００、ｐｂ＝１５０であり、かつラッチ８２の出力が１００レベルである場合、比較器９１、９２ともには「ピークがない」という結果を出力する。よって、判別器９３は「ピークが小さい」と判断する。
バックライト制御部１３は、ＰＭＯＤ信号を受け取り、図７Ａ及び７Ｂの特性を用いて、３段階のバックライト制御を行う。ＰＭＯＤ信号が「ピークが大きい」場合は、特性７−１を選択する。「ピークが中間レベル」の場合は特性７−２を、「ピークが小さい」の場合は特性７−３をそれぞれ選択する。
なお上記の例では、ピークのレベルを３状態で検出して、３つの制御特性を持った例を挙げたが、ピークのレベルを４つ以上の状態で検出して、検出状態の数に対応した制御特性を持たせてもよい。
以上説明したように、本実施形態では、第３実施形態で説明したピーク検出を、複数の閾値から複数の状態として検出してバックライトを制御することにより、より理想的な処理を行うことが可能となる。
＜実施形態５＞
次に、本発明の第５実施形態に係る画像表示装置を、図１０Ａ及び１０Ｂを用いて説明する。
図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明の第５実施形態に係る画像表示装置のバックライト制御部１３の制御特性を示す図である。図１０Ａにおいて、横軸は平均輝度検出部１５にて検出された平均輝度（％）であり、縦軸はバックライト１２によって照射された結果の液晶表示部１１の画面輝度である。
本実施形態の特徴は、閾値を設定して、ある範囲では画面輝度を平均輝度によらずに一定値に制御するようにしたことにある。図１０Ａ及び１０Ｂでは、平均輝度が低い側の閾値ｒａは２０％である場合を示している。検出された平均輝度が２０％以下の場合、平均輝度によらずに画面輝度は一定値であり、ピーク検出部１６においてピークが検出された場合の画面輝度は５００カンデラ、ピークが検出されなかった場合の画面輝度は４００カンデラである。また平均輝度が高い側の閾値ｒｂは８０％の場合を示している。検出された平均輝度が８０％以上の場合、平均輝度によらずに画面輝度は一定値であり、またピーク検出部１６の検出結果にもよらず、画面輝度は２００カンデラである。
これは、画像の平均輝度を検出した場合、一般的に閾値ｒａ以下、もしくは閾値ｒｂ以上の検出結果の発生頻度が低いことを考慮した特性である。頻度の低い部分を固定値とし、バックライトのダイナミックレンジを検出頻度の高い部分で有効に使用するものである。
なお、図１０Ａ及び１０Ｂでは、閾値ｒａ，ｒｂをそれぞれ２０％、８０％の場合を想定したが、例えば閾値ｒａは３０％でもよい。閾値ｒｂは７０％でもよい。また、閾値ｒａのみを有効（例えば３０％）にして、閾値ｒｂは１００％、つまり無効にする特性でもよい。もしくは閾値ｒｂのみ有効（例えば７０％）にして、閾値ｒａは０％、つまり無効にする特性でもよい。
以上述べたように、本実施形態の特徴は、バックライト制御特性において閾値を設定して、ある範囲で画面輝度が平均輝度によらずに固定値をとるようにしたことにある。閾値は、平均輝度が低い側と高い側の両側において設定するか、もしくはどちらか一方のみを設定する。この特徴により、バックライトのダイナミックレンジを検出頻度の高い部分で有効に使用し、表示映像に最適な制御を行うことが可能となる。
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る画像表示装置を、図１１、図１２Ａ及び１２Ｂを用いて説明する。
図１１は、本発明の第６実施形態に係る画像表示装置である投射型液晶プロジェクタの構成を示すブロック図であり、同図において前記した図１と均等なものには同一符号を付してある。図１１において、１１１はスクリーン、１１２は投射レンズ、１１３は液晶ライトバルブ、１１４はランプ、１１５はランプ制御部である。
ランプ制御部１１５では、平均輝度検出部１５で検出された平均輝度信号であるＡＶＥ信号と、ピーク検出部１６で検出されたＰＥＫ信号とに基づき、ランプ１１４の制御を行う。ランプ１１４は、ランプ制御部１１５の制御に従い、液晶ライトバルブ１１３に光を照射する。液晶ライトバルブ１１３は１枚もしくは３枚からなる透過型液晶パネルで構成されており、光源であるランプ１１４の光をＲＧＢそれぞれに変調する。液晶ライトバルブ１１３を通過した光は、投射レンズ１１２で拡大され、スクリーン１１１に投影され、表示映像となる。
ランプ制御部１１５におけるランプ１１４の制御特性を、図１２Ａ及び１２Ｂに示す。図１２Ａにおいて、横軸は平均輝度検出部１５にて検出された平均輝度（％）であり、縦軸はランプ制御部１１５によって制御されたランプ１１４に照射された結果のスクリーン１１１のスクリーン輝度（ルーメン）である。特性１２−１と特性１２−２は、ＰＥＫ信号で切り替える。つまり、ピーク検出部１６においてピークがあるもしくは多いと判断した場合、特性１２−１に示すスクリーン輝度を得るよう、ランプ１１４を制御する。ピークがないもしくは少ないと判断した場合、特性１２−２に示すスクリーン輝度を得るよう、ランプ１１４を制御する。
以上のように、本発明の画像表示装置は、直視型液晶表示装置のみならず投射型液晶表示装置に対しても好適である。
＜実施形態７＞
次に、本発明の第７実施形態に係る画像表示装置を、図１３、図１４Ａ及び１４Ｂを用いて説明する。
図１３は、本発明の第７実施形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図であり、同図において前記した図１と均等なものには、同一符号を付してある。
図１３において、１０１は映像判定部であり、この処理部にて表示する画像の特徴を判定する。判定結果を、Ｐ−ＢＲＴ（Ｐｉｃｔｕｒｅ−Ｂｒｉｇｈｔ）信号と、Ｐ−ＰＥＫ（Ｐｉｃｔｕｒｅ−Ｐｅａｋ）信号として、バックライト制御部１３に出力する。Ｐ−ＢＲＴ信号は、表示する映像信号の明るさの度合いを示す信号であり、例えば表示する映像信号の平均輝度値の検出による検出結果である。また、Ｐ−ＰＥＫ信号は、表示する映像信号のピーク値の度合いを示す信号であり、例えば、前記の第１実施形態の図２で説明した処理にて得られる。
また、図１４Ａ及び１４Ｂは、本発明の第７実施形態に係る画像表示装置のバックライト制御部１３の制御特性を示す図である。図１４Ａにおいて、横軸はＰ−ＢＲＴ信号であり、値が大きくなるほど、表示する映像が明るい、もしくは平均輝度が大きいことを表している。縦軸はバックライト１２の発光面の明るさ（輝度）を示している。例えば液晶表示部１１の透過率が５％であるとすると、バックライト輝度が２０００カンデラであれば、その光が液晶表示部１１を通過して、表示画面として得られる輝度は、およそ１００カンデラである。
図１４Ａ及び１４Ｂには２つの異なる特性が記されている。この特性１４−１と特性１４−２は、前述のＰ−ＰＥＫ信号によって切り替えられる。具体的には、Ｐ−ＰＥＫ信号が小さい場合、特性１４−２を選択してバックライトを制御する。Ｐ−ＰＥＫ信号が大きい場合、特性１４−１を選択してバックライトを制御する。つまり、図１４Ａ及び１４Ｂが意味するところは、ピークが大きくもしくは多く、かつ画面が暗い場合は、よりバックライトの発光量を増大させる。ピークが小さくもしくは少なく、かつ画面が暗い場合は、バックライトの発光量を抑える。
以上説明したように、本実施形態では、映像表示が所定のレベルより暗いこと、もしくは表示する映像が暗いか明るいかを検出する手段と映像のピーク検出手段をもちいて、バックライト（光源）の光量を制御する。その特性は、映像表示の１画面の平均レベルがある値より暗い場合において、ピークがあるもしくは多いと判断した場合には、前記光源を、ピークがないもしくは少ないと判断した場合と比較して高い輝度値をとる。上記制御により、例えば夜空に花火が打ちあがるようなシーンで、花火が開花して暗い夜空のなかに明るい映像が発生した映像に対してのみ、その輝度の高い花火のつやを十分表現するために、バックライトの光量を増大させる。花火の開花の有無は、ピーク検出によって判定する。これらの処理により、花火の発光のつやが十分表現可能となり、また花火のシーン（夜空）と全体的に明るいシーン（観客などのシーン）とのシーンチェンジで、拡大されたダイナミックコントラストを表現することが可能となる。
以上説明したように、本発明の画像表示装置は、直視型液晶あるいは投射型液晶からなる映像表示手段と、表示制御手段と、バックライト等の光源と、バックライト制御手段等の光源制御手段と、平均輝度検出手段と、ピーク検出手段とを備え、表示する映像の平均輝度とピークとに応じて、バックライト等の光源の輝度を動的に制御する装置である。
本発明では、平均輝度によってバックライト（光源）を動的に制御する。つまり、平均輝度の大きい（明るい）映像ではバックライト輝度を下げ、平均輝度の小さい（暗い）映像ではバックライト輝度を上げる。従来の一定輝度でバックライトを発光させる場合と比較して、明るい映像で明るすぎる、または暗い映像で暗すぎるなどと、観察者が不快に感じることを防止する。また、暗い映像と明るい映像の切り替わりでメリハリがつき、視覚上のコントラスト感の向上が表現できる。
さらに、本発明では、表示する映像のピークの値によってバックライト（光源）の制御特性を動的に補正する。ピークのない暗い映像、つまり表示映像のピークがある条件以下でかつ平均輝度レベルが低い場合は、バックライト輝度の増大は、液晶映像表示部の黒の輝度が上昇する、いわゆる黒浮き妨害をただ増長させるだけである。よって、平均輝度が低い映像で、かつピーク値を持たない、もしくはピーク値の小さい映像では、バックライト輝度の増大を抑えるよう動的に補正する。これにより、黒浮き妨害を回避しつつ光沢感を表現することが可能となる。
さらに、本発明では、全体的に暗い映像において、ピークがある、もしくは多いと判断した場合、バックライトの輝度を増大させる。暗い背景の中に指輪などの金属が表示されているような映像では、十分にバックライトの輝度を増大させて金属の光沢感を表現する。これにより、黒浮き妨害を回避しつつ光沢感を表現することが可能となる。
また、本発明では、映像信号のダイナミックレンジを拡大する処理を行わないので、階調つぶれやノイズ成分が強調されるような妨害が発生しない。
総じて、本発明によれば、観察者に最適な表示映像を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。
図２は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置における、ピーク検出部の構成を示すブロック図である。
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置における、バックライト制御部の制御特性の１例を示す説明図である。
図４Ａ及び４Ｂは、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置における、バックライト制御部の制御特性の他の１例を示す説明図である。
図５Ａ及び５Ｂは、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置における、バックライト制御部の制御特性のさらに他の１例を示す説明図である。
図６は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置における、ピーク検出部の構成を示すブロック図である。
図７Ａ及び７Ｂは、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置における、バックライト制御部の制御特性の１例を示す説明図である。
図８は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置における、ピーク検出部の構成を示すブロック図である。
図９は、本発明の第４実施形態に係る画像表示装置における、ピーク検出部の構成を示すブロック図である。
図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明の第５実施形態に係る画像表示装置における、バックライト制御部の制御特性の１例を示す説明図である。
図１１は、本発明の第６実施形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。
図１２Ａ及び１２Ｂは、本発明の第６実施形態に係る画像表示装置における、ランプ制御部の制御特性の１例を示す説明図である。
図１３は、本発明の第７実施形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。
図１４Ａ及び１４Ｂは、本発明の第７実施形態に係る画像表示装置における、バックライト制御部の制御特性の１例を示す説明図である。
図１５は、従来技術による画像表示装置の構成を示すブロック図である。
図１６Ａ及び１６Ｂは、図１５の画像表示装置が備えているバックライト制御部の制御特性を示す説明図である。
図１７は、他の従来技術による画像表示装置の構成を示すブロック図である。
図１８は、図１７の画像表示装置が備えているバックライト制御部の制御特性を示す説明図である。

【０００５】
本発明による画像表示装置は上記した目的を達成するために、以下のような技術手段を具備する。
すなわち、本発明に係る画像表示装置は、基本的な構成として、映像を表示する映像表示手段と、映像表示手段に映像を表示するための制御を行う表示制御手段と、映像表示手段が明るさを得るための光源と、光源の輝度を動的に制御するための光源制御手段と、平均輝度を検出する平均輝度検出手段と、表示画像を構成する画素のピーク値や、ある閾値を超えてピークと見なせる画素の個数を検出するピーク検出手段とを備える。
そして、光源制御手段は、光源の輝度を動的に制御する。光源制御手段における光源輝度の動的制御は、映像表示手段が表示する映像の平均輝度に基づいて行われる。平均輝度が低い場合は、平均輝度が高い場合と比較して、映像表示手段の画面輝度が高くなるよう制御する。
また、光源制御手段における光源輝度の動的制御は、さらにピーク検出手段の検出結果に基づいて補正される。映像表示手段が表示する映像にある条件を満たしたピークが存在するもしくはピークとみなせる画素が多い場合、存在しないもしくは少ない場合と比較して、映像表示手段の画面輝度が高くなるよう制御する。ピークが存在しないもしくは少ない場合、存在するもしくは多い場合と比較して、映像表示手段の画面輝度が低くなるように、制御する。
ピーク検出手段は、検出を画像の画素毎に行い、ピークの有無の判断は画面単位で行う。画面内にある閾値以上の画素が存在する場合、その画面にピークがあると判断する。また、ある閾値以上のレベルの画素数をカウントし、画面にピークが多い、もしくは少ないと判断する場合もある。
また、ピーク検出手段は、文字通り絶対的な最大値をピーク判定の閾値とする場合があり、例えば８ビットデジタル映像信号であれば一般的にとり得る最大値は２５５レベルであり、標準テレビジョンのデジタル信号レベルを規定するＩＴＵ−Ｒ ＢＴ．６０１では２３５レベルが該当する。また、２５５レベルの８０％である２００レベル近傍を超えるレベルをピークとみなす場合もある。また相対的に、２００レベルの信号を大きいピーク、１５０レベルの信号を中程度のピークと段階的に判断する場合もある。
また、光源制御手段における光源輝度の動的制御は、ある平均輝度の値に対応する特性変更点を持つ。平均輝度検出手段で検出した平均輝度が特性変更点以下である場合は、前述のピーク検出手段による特性切り替えを行って光源輝度を制御する。平均輝度が特性変更点以上である場合は、ピーク検出手段による切り替えを行わずに光源輝度を制御する。
つまり、本発明では、基本的には従来例と同じ光源制御をする他、さらにピーク検出手段によって光源輝度を動的に制御するものである。
具体的には、例えば、表示する映像信号の平均輝度が低く、つまり全体的に暗い映像で、かつ、ある閾値を越えてピークと見なせる画素が存在しない、もしくは少ない映像では、光源輝度の増大は映像表示手段の黒の輝度が上昇する、いわゆる黒浮き妨害をただ増長させるだけである。よって、画面全体が暗い、つまり平均輝度値が低い映像で、かつピークを持たない、もしくはピークの小さい映像では、光源輝度を減少するよう補正する。

【０００６】
これにより、黒浮き妨害を回避する。
また、例えば、表示する映像信号の平均輝度が低く、つまり全体的に暗い映像で、かつ、ある閾値を越えてピークと見なせる画素が存在するもしくは多い映像では、映像のピーク部分の輝度をより増大させて強調したほうが、メリハリや立体感のある映像が表示できるので、この場合、光源輝度を増大させる。暗い背景の中に指輪などの金属が表示されているような映像が該当し、十分に光源輝度を増大させて金属の光沢感を表現する。
また、映像信号のダイナミックレンジを拡大する処理を行わないので、階調つぶれやノイズ成分が強調されるような妨害が発生しない。
また、表示映像のピークの有無のみならず、映像が明るいか暗いかという情報を平均輝度の検出から得ているので、暗い映像のみならず、暗い映像（平均輝度の値が低い映像）と明るい映像（平均輝度が高い映像）の切り替わりにて、動的なコントラストが向上する。
かように、本発明によれば、観察者に最適な表示映像を提供することが可能となる。
図面の簡単な説明
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図である。
図２は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置における、ピーク検出部の構成を示すブロック図である。
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置における、バックライト制御部の制御特性の１例を示す説明図である。
図４Ａ及び４Ｂは、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置における、バックライト制御部の制御特性の他の１例を示す説明図である。
図５Ａ及び５Ｂは、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置における、バックライト制御部の制御特性のさらに他の１例を示す説明図である。
図６は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置における、ピーク検出部の構成を示すブロック図である。
図７Ａ及び７Ｂは、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置における、バッ

【００１２】
てもよい。
図３Ａでは平均輝度に対して画面輝度をリニアに制御する場合を例に挙げたが、例えば図４Ａ及び４Ｂに示すように、非線形の特性で制御してもよい。
また、図３Ａでは、特性変更点が４０％の場合を例に挙げたが、図４Ａ及び４Ｂのように、特性変更点が平均輝度の５０％の点である場合もあり得、特性変更点となる平均輝度の値は任意である。
また、図３Ａでは平均輝度１００％のとき２００カンデラ、平均輝度０％でかつピークありの場合画面輝度５００カンデラの特性を例に挙げたが、例えば図５Ａ及び５Ｂに示すように、平均輝度１００％のとき１００カンデラ、平均輝度０％でかつピークありの場合画面輝度３５０カンデラである場合もある。これら平均輝度と画面輝度の関係は、液晶表示部１１の特性やバックライト１２の特性に依存するものであり、液晶表示部１１の特性や、実際に表示画面を評価したその評価結果、または消費電力などを考慮して、最良な値を定めてバックライト制御部１３で制御すればよい。
以上説明したように、本実施形態の画像表示装置は、液晶映像表示部とバックライトとバックライト制御部と表示制御部と平均輝度検出部とピーク検出部を備え、表示する映像の平均輝度と画像を構成する画素のピークの状態に応じて、バックライトの輝度を動的に制御する画像表示装置である。
つまり、本実施形態では、表示する映像の平均輝度によってバックライトの制御を動的に行い、さらに画像を構成する画素のピークの状態によって制御特性を補正する。すなわち、例えば、ピークのない暗い映像、つまり画像を構成する画素のピークの状態がある条件以下でかつ平均輝度レベルが低い場合は、バックライト輝度の増大は、映像表示手段の黒の輝度が上昇する、いわゆる黒浮き妨害をただ増長させるだけであるので、平均輝度が低い映像で、かつある閾値を越えてピークと見なせる画素が存在しないもしくは少ない画像では、バックライト輝度の増大を抑えるよう補正する。また、暗い映像（平均輝度の値が低い映像）と明るい映像（平均輝度が高い映像）の切り替わりにて、動的なコントラストが向上する。
これにより、黒浮き妨害を回避しつつ光沢感を表現し、観察者に最適な表示映像を提供することが可能となる。

【００１９】
ＲＧＢそれぞれに変調する。液晶ライトバルブ１１３を通過した光は、投射レンズ１１２で拡大され、スクリーン１１１に投影され、表示映像となる。
ランプ制御部１１５におけるランプ１１４の制御特性を、図１２Ａ及び１２Ｂに示す。図１２Ａにおいて、横軸は平均輝度検出部１５にて検出された平均輝度（％）であり、縦軸はランプ制御部１１５によって制御されたランプ１１４に照射された結果のスクリーン１１１のスクリーン輝度（ルーメン）である。特性１２−１と特性１２−２は、ＰＥＫ信号で切り替える。つまり、ピーク検出部１６においてピークがあるもしくは多いと判断した場合、特性１２−１に示すスクリーン輝度を得るよう、ランプ１１４を制御する。ピークがないもしくは少ないと判断した場合、特性１２−２に示すスクリーン輝度を得るよう、ランプ１１４を制御する。
以上のように、本発明の画像表示装置は、直視型液晶表示装置のみならず投射型液晶表示装置に対しても好適である。
＜実施形態７＞
次に、本発明の第７実施形態に係る画像表示装置を、図１３、図１４Ａ及び１４Ｂを用いて説明する。
図１３は、本発明の第７実施形態に係る画像表示装置の構成を示すブロック図であり、同図において前記した図１と均等なものには、同一符号を付してある。
図１３において、１０１は映像判定部であり、この処理部にて表示する画像の特徴を判定する。判定結果を、Ｐ−ＢＲＴ（Ｐｉｃｔｕｒｅ−Ｂｒｉｇｈｔ）信号と、Ｐ−ＰＥＫ（Ｐｉｃｔｕｒｅ−Ｐｅａｋ）信号として、バックライト制御部１３に出力する。Ｐ−ＢＲＴ信号は、表示する映像信号の明るさの度合いを示す信号であり、例えば表示する映像信号の平均輝度値の検出による検出結果である。また、Ｐ−ＰＥＫ信号は、画像を構成する画素のピークの状態を示す信号であり、例えば、前記の第１実施形態の図２で説明した処理にて得られる。
また、図１４Ａ及び１４Ｂは、本発明の第７実施形態に係る画像表示装置のバックライト制御部１３の制御特性を示す図である。図１４Ａにおいて、横軸はＰ−ＢＲＴ信号であり、値が大きくなるほど、表示する映像が明るい、もしくは平均輝度が大きいことを表している。縦軸はバックライト１２の発光面の明るさ（輝

【００２０】
度）を示している。例えば液晶表示部１１の透過率が５％であるとすると、バックライト輝度が２０００カンデラであれば、その光が液晶表示部１１を通過して、表示画面として得られる輝度は、およそ１００カンデラである。
図１４Ａ及び１４Ｂには２つの異なる特性が記されている。この特性１４−１と特性１４−２は、前述のＰ−ＰＥＫ信号によって切り替えられる。具体的には、Ｐ−ＰＥＫ信号が小さい場合、特性１４−２を選択してバックライトを制御する。Ｐ−ＰＥＫ信号が大きい場合、特性１４−１を選択してバックライトを制御する。つまり、図１４Ａ及び１４Ｂが意味するところは、ピークが大きくもしくは多く、かつ画面が暗い場合は、よりバックライトの発光量を増大させる。ピークが小さくもしくは少なく、かつ画面が暗い場合は、バックライトの発光量を抑える。
以上説明したように、本実施形態では、映像表示が所定のレベルより暗いこと、もしくは表示する映像が暗いか明るいかを検出する手段と映像のピーク検出手段をもちいて、バックライト（光源）の光量を制御する。その特性は、映像表示の１画面の平均レベルがある値より暗い場合において、ある閾値を越えてピークと見なせる画素が存在するもしくは多いと判断した場合には、前記光源を、ピークがないもしくは少ないと判断した場合と比較して高い輝度値をとる。上記制御により、例えば夜空に花火が打ちあがるようなシーンで、花火が開花して暗い夜空のなかに明るい映像が発生した映像に対してのみ、その輝度の高い花火のつやを十分表現するために、バックライトの光量を増大させる。花火の開花の有無は、ピーク検出によって判定する。これらの処理により、花火の発光のつやが十分表現可能となり、また花火のシーン（夜空）と全体的に明るいシーン（観客などのシーン）とのシーンチェンジで、拡大されたダイナミックコントラストを表現することが可能となる。
以上説明したように、本発明の画像表示装置は、直視型液晶あるいは投射型液晶からなる映像表示手段と、表示制御手段と、バックライト等の光源と、バックライト制御手段等の光源制御手段と、平均輝度検出手段と、ピーク検出手段とを備え、表示する映像の平均輝度と映像を構成する画素のピークの状態に応じて、バックライト等の光源の輝度を動的に制御する装置である。
本発明では、平均輝度によってバックライト（光源）を動的に制御する。つまり、平均輝度の大きい（明るい）映像ではバックライト輝度を下げ、平均輝度の

【００２１】
小さい（暗い）映像ではバックライト輝度を上げる。従来の一定輝度でバックライトを発光させる場合と比較して、明るい映像で明るすぎる、または暗い映像で暗すぎるなどと、観察者が不快に感じることを防止する。また、暗い映像と明るい映像の切り替わりでメリハリがつき、視覚上のコントラスト感の向上が表現できる。
さらに、本発明では、表示する画像を構成する画素のピークの状態によってバックライト（光源）の制御特性を動的に補正する。ピークのない暗い映像、つまり画像を構成する画素のピークの状態がある条件以下でかつ平均輝度レベルが低い場合は、バックライト輝度の増大は、液晶映像表示部の黒の輝度が上昇する、いわゆる黒浮き妨害をただ増長させるだけである。よって、平均輝度が低い映像で、かつある閾値を越えてピークと見なせる画素が存在しないもしくは少ない画像では、バックライト輝度の増大を抑えるよう動的に補正する。これにより、黒浮き妨害を回避しつつ光沢感を表現することが可能となる。
さらに、本発明では、全体的に暗い映像において、ある閾値を越えてピークと見なせる画素が存在する、もしくは多いと判断した場合、バックライトの輝度を増大させる。暗い背景の中に指輪などの金属が表示されているような映像では、十分にバックライトの輝度を増大させて金属の光沢感を表現する。これにより、黒浮き妨害を回避しつつ光沢感を表現することが可能となる。
また、本発明では、映像信号のダイナミックレンジを拡大する処理を行わないので、階調つぶれやノイズ成分が強調されるような妨害が発生しない。
総じて、本発明によれば、観察者に最適な表示映像を提供することが可能となる。

Claims (26)

1. 映像表示手段と、表示制御手段と、光源と、光源制御手段と、平均輝度検出手段とを備え、表示する映像の平均輝度に応じて光源の輝度を制御する画像表示装置であって、
   ピーク検出手段を備え、映像のピーク値を検出し、このピーク値に応じて前記光源制御手段の輝度制御を補正することを特徴とする画像表示装置。
2. 請求の範囲第１項記載において、
   前記光源制御手段は、前記平均輝度検出手段の検出結果である平均輝度検出値に対応する特性変更点を持ち、前記平均輝度検出値が前記特性変更点を超えた場合は、前記ピーク検出手段の検出結果によらずに前記光源を制御し、前記平均輝度検出値が前記特性変更点以下である場合は、前記ピーク検出手段の検出結果に従い光源制御手段を補正することを特徴とする画像表示装置。
3. 請求の範囲第２項記載において、
   前記平均輝度検出値が前記特性変更点以下である場合で、かつ前記ピーク検出手段においてピークがないもしくは少ないと判断した場合には、前記光源を、ピークがあるもしくは多いと判断した場合と比較して低い輝度値をとり、かつ前記平均輝度検出値が前記特性変更点を超えた場合の輝度より高い輝度値をとるように、前記光源制御手段を補正することを特徴とする画像表示装置。
4. 請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載において、
   前記ピーク検出手段は、映像のなかにレベルｍ（ｍは前記ピーク検出手段の内部設定値）より大きいレベルの画素がｎ個（ｎは前記ピーク検出手段の内部設定値）以上存在する場合に、ピークがあるもしくは多いと判定することを特徴とする画像表示装置。
5. 請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載において、
   前記ピーク検出手段は、画像のなかにレベルｍａ（ｍａは前記ピーク検出手段の内部設定値）より大きいレベルの画素がｎａ個（ｎａは前記ピーク検出手段の内部設定値）以上存在する場合と、画像のなかにレベルｍｂ（ｍｂは前記ピーク検出手段の内部設定値）より大きいレベルの画素がｎｂ個（ｎｂは前記ピーク検出手段の内部設定値）以上存在する場合とを各々検出することにより、ピークの有無もしくは多い少ないを段階的に判定して、前記光源制御手段を段階的に補正することを特徴とする画像表示装置。
6. 請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載において、
   前記ピーク検出手段は、レベルｍｘと個数ｎｘ（ｍｘとｎｘは各々前記ピーク検出手段の内部設定値）の組み合わせを３つ以上持ち、複数の組み合わせの結果からピークの有無もしくは多い少ないを段階的に判定して、前記光源制御手段を段階的に補正することを特徴とする画像表示装置。
7. 請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載において、
   前記ピーク検出手段は、画像のなかの最大映像レベルを検出し、前記最大映像レベルとレベルｐ（ｐは前記ピーク検出手段の内部設定値）の大小を比較し、最大映像レベルがレベルｐより大きい場合にピークがあると判定することを特徴とする画像表示装置。
8. 請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載において、
   前記ピーク検出手段は、画像のなかの最大映像レベルを検出し、前記最大映像レベルとレベルｐａ、レベルｐｂ（ｐａ，ｐｂは各々前記ピーク検出手段の内部設定値）の大小を各々比較して、ピークのレベルを段階的に判定して、前記光源制御手段を段階的に補正することを特徴とする画像表示装置。
9. 請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載において、
   前記ピーク検出手段は、画像のなかの最大映像レベルを検出し、前記最大映像レベルと比較するレベルｐｘ（ｐｘは前記ピーク検出手段の内部設定値）を３つ以上持ち、各々の比較から、ピークのレベルを段階的に判定して、前記光源制御手段を段階的に補正することを特徴とする画像表示装置。
10. 請求の範囲第２項乃至第９項の何れか１項に記載において、
    前記光源制御手段は、前記特性変更点より小さい値の第１の閾値ｒａ（ｒａは前記光源制御手段の内部設定値）を持ち、前記平均輝度検出値が前記第１の閾値ｒａより小さい場合、前記光源の輝度を固定値で制御することを特徴とする画像表示装置。
11. 請求の範囲第２項乃至第９項の何れか１項に記載において、
    前記光源制御手段は、前記特性変更点より大きい値の第２の閾値ｒｂ（ｒｂは前記光源制御手段の内部設定値）を持ち、前記平均輝度検出値が前記第２の閾値ｒｂより大きい場合、前記光源の輝度を固定値で制御することを特徴とする画像表示装置。
12. 請求の範囲第１項乃至第１１項の何れか１項に記載において、
    前記映像表示手段は直視型液晶であることを特徴とする画像表示装置。
13. 請求の範囲第１項乃至第１１項の何れか１項に記載において、
    前記映像表示手段は投射型液晶であることを特徴とする画像表示装置。
14. 映像表示手段と、表示制御手段と、光源と、光源制御手段と、映像表示が所定のレベルより暗いことを検出する手段とを備え、映像表示が所定のレベルより暗い場合に、前記光源制御手段は、光源の輝度を高くするように制御することを特徴とする画像表示装置。
15. 請求の範囲第１４項記載において、
    さらに映像のピーク検出手段を備え、ピークがあるもしくは多いと判断した場合には、前記光源を、ピークがないもしくは少ないと判断した場合と比較して高い輝度値をとるように、前記光源制御手段を補正することを特徴とする画像表示装置。
16. 請求の範囲第１５項記載において、
    前記映像表示が所定のレベルより暗いことを検出する手段は、表示する映像の平均輝度を検出することを特徴とする画像表示装置。
17. 請求の範囲第１４項乃至第１６項の何れか１項に記載において、前記ピーク検出手段は、映像のなかにレベルｍ（ｍは前記ピーク検出手段の内部設定値）より大きいレベルの画素がｎ個（ｎは前記ピーク検出手段の内部設定値）以上存在する場合に、ピークがあるもしくは多いと判定することを特徴とする画像表示装置。
18. 請求の範囲第１４項乃至第１６項の何れか１項に記載において、前記ピーク検出手段は、画像のなかにレベルｍａ（ｍａは前記ピーク検出手段の内部設定値）より大きいレベルの画素がｎａ個（ｎａは前記ピーク検出手段の内部設定値）以上存在する場合と、画像のなかにレベルｍｂ（ｍｂは前記ピーク検出手段の内部設定値）より大きいレベルの画素がｎｂ個（ｎｂは前記ピーク検出手段の内部設定値）以上存在する場合とを各々検出することにより、ピークの有無もしくは多い少ないを段階的に判定して、前記光源制御手段を段階的に補正することを特徴とする画像表示装置。
19. 請求の範囲第１４項乃至第１６項の何れか１項に記載において、前記ピーク検出手段は、レベルｍｘと個数ｎｘ（ｍｘとｎｘは各々前記ピーク検出手段の内部設定値）の組み合わせを３つ以上持ち、複数の組み合わせの結果からピークの有無もしくは多い少ないを段階的に判定して、前記光源制御手段を段階的に補正することを特徴とする画像表示装置。
20. 請求の範囲第１４項乃至第１６項の何れか１項に記載において、前記ピーク検出手段は、画像のなかの最大映像レベルを検出し、前記最大映像レベルとレベルｐ（ｐは前記ピーク検出手段の内部設定値）の大小を比較し、最大映像レベルがレベルｐより大きい場合にピークがあると判定することを特徴とする画像表示装置。
21. 請求の範囲第１４項乃至第１６項の何れか１項に記載において、前記ピーク検出手段は、画像のなかの最大映像レベルを検出し、前記最大映像レベルとレベルｐａ、レベルｐｂ（ｐａ，ｐｂは各々前記ピーク検出手段の内部設定値）の大小を各々比較して、ピークのレベルを段階的に判定して、前記光源制御手段を段階的に補正することを特徴とする画像表示装置。
22. 請求の範囲第１４項乃至第１６項の何れか１項に記載において、前記ピーク検出手段は、画像のなかの最大映像レベルを検出し、前記最大映像レベルと比較するレベルｐｘ（ｐｘは前記ピーク検出手段の内部設定値）を３つ以上持ち、各々の比較から、ピークのレベルを段階的に判定して、前記光源制御手段を段階的に補正することを特徴とする画像表示装置。
23. 請求の範囲第１５項乃至第２２項の何れか１項に記載において、前記光源制御手段は、前記特性変更点より小さい値の第１の閾値ｒａ（ｒａは前記光源制御手段の内部設定値）を持ち、前記平均輝度検出値が前記第１の閾値ｒａより小さい場合、前記光源の輝度を固定値で制御することを特徴とする画像表示装置。
24. 請求の範囲第１５項乃至第２２項の何れか１項に記載において、前記光源制御手段は、前記特性変更点より大きい値の第２の閾値ｒｂ（ｒｂは前記光源制御手段の内部設定値）を持ち、前記平均輝度検出値が前記第２の閾値ｒｂより大きい場合、前記光源の輝度を固定値で制御することを特徴とする画像表示装置。
25. 請求の範囲第１４項乃至第２４項の何れか１項に記載において、前記映像表示手段は直視型液晶であることを特徴とする画像表示装置。
26. 請求の範囲第１４項乃至第２４項の何れか１項に記載において、前記映像表示手段は投射型液晶であることを特徴とする画像表示装置。

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