KR20090004573A - 화상표시장치 - Google Patents

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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

광원부 및 광변조소자부를 구비한 화상표시부; 막대그래프 생성부; 함수 생성부; 제1 밝기 산출부; 제2 밝기 산출부; 제1 차분 산출부; 제1 곱셈부; 제1 총합 산출부; 제1 밝기 구배 산출부; 제2 밝기 구배 산출부; 제2 차분 산출부; 제2 곱셈부; 제2 총합 산출부; 가중선형합산출부; 판단부; 제어 파라미터 선택부; 및 제어부를 포함하는 화상표시장치가 제공된다.

Description

화상표시장치{IMAGE DISPLAY APPARATUS}
본 발명은, 표시 영상의 시각적인 콘트라스트를 높이는 것이 가능한 화상표시장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근, 광원과, 광원으로부터의 광강도를 변조하는 광변조소자를 갖춘 화상표시장치가, 널리 보급되어 있다. 이 대표적인 것이 액정표시장치이다. 그러나, 이러한 화상표시장치에서는, 광변조소자가 이상적인 변조 특성을 갖지 않기 때문에, 특히 흑색을 표시했을 때에, 광변조소자로부터의 빛샘(light leak)에 기인하는 콘트라스트의 저하를 부른다.
이 콘트라스트 저하를 억제하기 위해서, 입력 영상에 따라 광원의 휘도 변조와, 입력영상의 각 화소(pixel)의 계조(gray-scale)의 변환, 즉 감마(gamma) 변환을 맞추어 수행하는 방법이 복수 제안되고 있다.
예를 들면, 비특허 문헌 1에서는, 입력 영상의 최대 계조에 근거해, 백라이트 휘도, 감마 변환을 결정하고 있다.
또, 특허 문헌 1에서는, 입력 영상의 최소 계조, 최대 계조, 평균 계조에 근거해, 백라이트 휘도, 감마 변환을 결정하고 있다.
[비특허 문헌 1] SID Symposium Digest, Vo1. 38, pp 1381
[특허 문헌 1] 특허 제3215388호
상기 어느 배경 기술도, 입력 영상에 따라, 광원의 휘도와 입력 영상에 대한 감마 변환을 제어하는 것에 의해, 일정한 광원 휘도에 의한 화상표시장치에 비해, 콘트라스트를 증폭시키는 것이 가능하다.
또, 상기 어느 배경 기술도, 입력 영상의 계조의 평균치, 최대 빈도치(most frequent level), 피크치 등의 대표값에 근거해 광원 휘도 및 감마 변환을 제어하고 있다.
그러나, 이러한 대표값이 동일해도, 계조의 분포가 크게 다른 영상은 다량으로 존재해, 상기 배경 기술에서는, 그것들 모든 영상에 대해 동일한 광원 휘도 및 감마 변환이 설정되기 위해, 입력 영상의 콘트라스트를 충분히 얻을 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기 문제점을 고려한 것으로서, 입력 영상의 시각적인 콘트라스트를 한층 더 높일 수 있는 화상표시장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명은, (1)광원 휘도를 n단계로 조정 가능한 광원부와, (2)입력된 신호에 근거해 상기 광원부로부터의 빛의 투과율 또는 반사율을 변조하는 것에 의해 화상 표시를 수행하는 광변조소자부를 구비하는 화상표시부와; 입력 영상의 1 프레임으로부터 임의의 계조마다 각 계조범위를 대표하는 대표 계조와, 상기 각 계조범위에 포함되는 화소의 빈도(frequency)를 대응시킨 막대그래프를 생성하는 막대그래 프 생성부와; 미리 설정한 j개의 설정 계조를, 상기 광변조소자부에 의해 표시 가능한 출력 계조로 변환하는 m종류의 계조 변환 함수를 각각 생성하는 함수 생성부; 상기 n단계의 광원 휘도와, 상기 j개의 설정 계조와의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조로 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 이상적인 제1 밝기(first brightness)를 각각 구하는 제1 밝기 산출부; 상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조를 상기 조합의 각각의 계조 변환 함수로 변환한 출력 계조로, 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 제2 밝기를 각각 구하는 제2 밝기 산출부; 상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 상기 제1 밝기와 상기 조합의 각각의 상기 제2 밝기와의 제1 차분을 산출하는 제1 차분 산출부; 상기 제1 차분의 각각에, 상기 제1 차분의 각각의 산출에 이용된 설정 계조에 대응하는 상기 대표 계조 마다의 빈도를 곱셈하는 것에 의해, 제1 곱셈값의 각각을 계산하는 제1 곱셈부; 상기 j개의 설정 계조의 각각에 대해, 상기 제1 곱셈값의 합인 제1 평가치를 산출하는 제1 총합 산출부; 상기 n단계의 광원 휘도와 상기 j개의 설정 계조와의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조를 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 이상적인 제1 밝기의 구배를 각각 구하는 제1 밝기 구배 산출부; 상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조를 상기 조합의 각각의 계조 변환 함수로 변환한 출력 계조로, 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 제2 밝기의 구배를 각 각 구하는 제2 밝기 구배 산출부; 상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 제1 밝기의 구배와 상기 제2 밝기의 구배간의 제2 차분을 산출하는 제2 차분 산출부; 상기 제2 차분의 각각에, 상기 제2 차분의 각각의 산출에 이용된 설정계조에 대응하는 상기 대표계조 마다의 빈도를 곱셈하는 것에 의해, 제2 곱셈값의 각각을 계산하는 제2 곱셈부; 상기 j개의 설정 계조의 각각에 대해, 상기 제2 곱셈값의 합인 제2 평가치를 산출하는 제2 총합 산출부; 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조변환함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 상기 제1 평가치와 상기 조합 각각의 상기 제2 평가치 간의 가중 선형합(weighted linear sum)을 각각 구하는 가중 선형합 산출부; 상기 각 가중 선형합중에서, 미리 정해진 임계치 이하, 또는 최소가 되는 상기 가중 선형합을 구하는 판단부; 상기 구한 가중 선형합에 대응하는 최적 광원휘도 및 최적계조변환함수를 선택하는 제어파라미터 선택부; 상기 입력영상의 1 프레임에 대해, 상기 최적계조변환함수에 의해 변환된 변환영상을 상기 광변조소자부에 공급하는 동시에, 상기 최적광원휘도로 발광하도록 상기 광원부에 설정하는 제어부;를 포함하는 화상표시장치이다.
본 발명에 의하면, 입력 영상의 시각적인 콘트라스트를 한층 더 높일 수가 있다.
(제1의 실시 형태)
이하, 본 발명의 제1의 실시 형태의 화상표시장치(1O)에 대해 도 1~ 도 17에 근거하여 설명한다.
(1)화상표시장치(1O)의 구성
도 1에, 본 실시 형태에 의한 화상표시장치(1O)의 구성을 나타낸다.
화상표시장치(1O)는, 막대그래프 생성부(12), 제어 파라미터 선택부(14), 제어부인 타이밍 컨트롤러(16), 백라이트 구동부(18), 화상표시부(2O)에 의해 구성된다.
화상표시부(2O)는, 광변조소자부로서의 액정패널(22)과, 액정패널(22)의 배면에 설치된 광원부로서의 백라이트(24)에 의해 구성된다.
입력 영상은, 막대그래프 생성부(12) 및 타이밍 컨트롤러(16)에 입력된다.
막대그래프 생성부(12)에서는, 입력 영상으로부터 소정 계조마다 각 계조범위에 포함되는 화소수를 카운트 해, 각 계조범위를 대표하는 계조와, 각 계조범위에 포함되는 화소수(화소수는 화소의 빈도의 일례이다)와 대응시킨 막대그래프를 생성한다.
제어 파라미터 선택부(14)에서는, 막대그래프 생성부(12)로 생성된 막대그래프에 근거해 백라이트(24)의 발광 휘도(광원 휘도) 및 입력 영상의 각 화소에 대해서 수행하는 계조 변환 함수(감마 변환 함수)를 선택한다.
타이밍 컨트롤러(16)에서는, 입력 영상에 대해, 제어 파라미터 선택부(14) 에서 선택된 계조 변환 함수로, 감마 변환을 수행한 후, 감마 변환된 변환 영상과, 제어 파라미터 선택부(14)로 선택된 백라이트 휘도와의 동기를 조정한다. 변환 영 상은, 액정패널(22)을 구동하기 위한 동기 신호와 함께 액정패널(22)에 송출되어, 백라이트 휘도는, 백라이트 구동부(18)에 송출된다.
백라이트 구동부(18)에서는, 입력된 백라이트 휘도에 근거해 실제로 백라이트(24)를 구동, 제어하기 위한 백라이트 구동 신호가 생성되어, 백라이트(24)에 송출된다.
화상표시부(20)에서는, 변환 영상이 액정패널(22)에 기입되고, 동시에, 백라이트 구동부(18)로부터 출력된 백라이트 구동 신호에 근거해 백라이트(24)가 발광하는 것에 의해, 액정패널(22)에 화상이 표시된다.
다음으로, 각 구성요소(12~2O)의 동작을 상세하게 설명한다.
(2)막대그래프 생성부(12)
막대그래프 생성부(12)에서는, 입력 영상으로부터 소정 계조마다 각 계조범위에 포함되는 화소수를 카운트 해, 각 계조범위를 대표하는 계조와, 각 계조범위에 포함되는 빈도(화소수)와 대응시킨 막대그래프를 생성한다.
입력 영상의 형식은, 여러가지로 상정될 수 있지만, 본 실시 형태에 있어서는, 적, 녹, 청의 3채널에 의해 구성되는 입력 영상이며, 막대그래프 생성부(12)에서는, 각각의 채널을 구별하지 않고, 1개의 막대그래프를 생성하고 있다.
덧붙여, 이 막대그래프 생성부(12)의 변경예로서는, 아래와 같은 것이 있다.
(2-1)변경예 1
변경예 1로서는, 막대그래프는 빈도 이외에도, 예를 들면 이하와 같은 총화 소수로 정규화한 값이어도 좋다.
Figure 112008046114334-PAT00001
여기서, hn(x)는 설정 계조 x의 총화소수로 정규화된 빈도, h(x)는 설정계조 x의 빈도이다.
(2-2)변경예 2
변경예 2로서는, 화소 마다의 적, 녹, 청의 3 채널의 계조 가운데, 가장 큰 계조를 이용해 막대그래프를 생성하는 구성으로 해도 좋다.
(2-3)변경예 3
입력 영상의 형식이 휘도 및 색차 신호에 의해 구성되는 Y, Cb, Cr의 3 채널의 입력 영상인 경우는, 휘도 채널인 Y의 막대그래프를 생성하는 구성으로 해도 좋다.
(2-4)변경예 4
Y, Cb, Cr의 3 채널의 입력 영상을, 식 (2)에 따라 적, 녹, 청의 3 채널의 영상으로 변환한 후, 상기와 같이, 막대그래프를 생성하는 구성으로 해도 좋다.
Figure 112008046114334-PAT00002
여기서, Y, Cb, Cr는, 8 비트로 정규화된 휘도 및 색차 신호의 값이며, R, G, B는, 8 비트로 정규화된 적, 녹, 청의 3 채널의 영상 신호의 값이다.
덧붙여, 식 (2)는, 변환의 일례이며, 그 외의 변환계수라고 해도 상관없다.
(2-5)변경예 5
상기 기재와는 반대로, 적, 녹, 청의 3 채널의 입력 영상에 대해, 식 (3)에 따라 Y 채널의 값으로 변환해, 막대그래프를 생성하는 구성으로 할 수도 있다.
Figure 112008046114334-PAT00003
(2-6)변경예 6
변경예 6으로서는, 복수의 막대그래프를 생성하는 구성으로 할 수도 있다.
예를 들면, 후술하는 제1 평가치 산출 단계로 이용하는 막대그래프를, 화소 마다의 적, 녹, 청의 3 채널의 계조 가운데, 가장 큰 계조를 이용한 막대그래프로 한다. 제2 평가치 산출 단계로 이용하는 막대그래프를, 화소 마다의 적, 녹, 청의 3 채널의 계조를 구별하지 않고 생성한 막대그래프로 하는 구성으로 하는 것이 가능하다.
입력 영상의 적, 녹, 청의 각 채널이 8비트의 계조인 경우, 각 계조의 빈도를 카운트하여, 막대그래프를 검출하면, 도 2에 나타내듯이, O으로부터 255 계조의 빈도 분포를 얻을 수 있다.
(2-7)변경예 7
막대그래프의 검출은, 도 2에 나타내듯이 1 계조 마다의 빈도를 산출하는 구성 이외에도, 막대그래프를 저장하는 메모리량의 삭감, 또는 막대그래프를 검출하는 처리량을 삭감하는 목적으로, 어느 계조 범위 마다의 막대그래프를 검출하는 구성으로 할 수도 있다.
예를 들면, 도 3은, 32 계조 마다의 막대그래프 검출 결과의 일례이다. 입력 영상의 계조가 8비트인 경우, 이진수 표현에 있어서, 하위 5 비트를 O으로 하는 것으로, 입력 영상은, 상위 3 비트로 표현되게 되어, 결국 32 계조 마다의 계조가 된다.
각 계조범위(예를 들면, O 계조로부터 31계조)는, 그 범위의 중앙치로 대표시키면 좋다. 예를 들면, 도 3의 예이면, 0 계조에서 31 계조는 16 계조, 32 계조에서 63 계조는 48 계조로 한다.
또, 한층 더 계산량이나 메모리의 삭감을 위해, 막대그래프의 일부의 계조만을 검출하는 구성으로 해도 좋다. 예를 들면, 계조 전체의 막대그래프를 검출한 후, 그 평균치, 중앙치, 최고빈도값이 되는 계조를 산출해, 이러한 계조 이외의 계조에 상당하는 빈도를 O으로 하는 구성으로 해도 좋다.
(2-8)결론
이상의 처리에 의해 검출된 막대그래프는, 제어 파라미터 선택부(14)에 입력된다. 즉, 입력 영상의 1 프레임에 있어서의 계조 x 마다의 빈도 h(x)가 출력된다.
(3)제어파라미터 선택부(14)
제어파라미터 선택부(14)에서는, 막대그래프 생성부(12)에 의해 검출된 막대그래프에 근거해 백라이트 휘도와 계조 변환 함수를 산출한다.
이하, 백라이트 휘도 산출 방법과 계조 변환 함수 산출 방법에 대해, 도 4 의 흐름도에 근거해 상세하게 설명한다.
(3-1)설정 단계 1
설정 단계 1에서는, 화상표시부(20)로 표시하고 싶은 계조-밝기 특성 및 계조-밝기 구배(gradient) 특성을 설정한다. 즉, 계조-밝기 특성 및 계조-밝기 구배 특성의 각각의 관계에 대해, 화상표시부(20)로 영상을 표시하는 경우에 가장 이상적인 관계를 미리 설정한다.
(3-1-1)최대 동적 범위(dynamic range)의 설정
제어 파라미터 선택부(14)에는, 미리, 화상표시부(20)의 최대 동적 범위를 설정해 둔다.
예를 들면, 최대가 1, 최소가 0인 이상적인 최대 동적 범위이면, 식 (4)와 같이 나타내진다.
Figure 112008046114334-PAT00004
여기서, Dmin, Dmax는, 각각 화상표시부(2O)로 표시하는 최대 동적 범위의 최소치 및 최대치이다.
또, 최대 동적 범위는, 미리 설정된 백라이트 휘도의 휘도 변조 범위 및 액 정패널(22)의 특성에 근거해, 식 (5)와 같이 설정할 수도 있다.
Figure 112008046114334-PAT00005
여기서, Imin, Imax는, 각각 백라이트 휘도의 변조 범위의 최소치 및 최대치를 나타내며, Tmin, Tmax는, 각각 액정패널(22)의 최소 투과율, 최대 투과율을 나타내고 있다.
덧붙여, Imin , Imax, Tmin, Tmax는, 상대값으로 상관없기 때문에, 예를 들면 Imin는, Imax를 1로 했을 경우의 상대치, Tmin는, Tmax를 1로 했을 경우의 상대치로서 설정하면 좋다.
해석적으로는 최대 동적 범위는 식 (5)와 같이 표현된다.
그러나, 실제로는, 액정패널(22)에 표시 가능한 최소 계조(8비트 표현이 가능한 액정패널(22)이면, 0 계조)로, 한편, 백라이트(24)의 휘도 변조 범위의 최소의 백라이트 휘도로 조명했을 경우에 있어서의 화상표시부(20)의 측정 휘도를, 화상표시부(20)으로 표시 가능한 최소 표시 휘도 Dmin로 설정한다.
또, 액정패널(22)에 표시 가능한 최대 계조(8비트 표현이 가능한 액정패널(22)이면, 255 계조)로, 한편, 백라이트(24)의 휘도 변조 범위의 최대의 백라이트 휘도로 조명했을 경우에 있어서의 화상표시부(20)의 측정 휘도를, 화상표시부 (2O)로 표시 가능한 최대 표시 휘도 Dmax로 설정한다.
또, Dmax를 1로, 최대 표시 휘도를 1로 정규화했을 때의 최소 표시 휘도를 Dmin에 설정하는 구성으로 할 수도 있다.
(3-1-2)계조-밝기 특성의 설정
다음으로, 상기에 의해 구해진 최대 동적 범위 내의 계조-밝기 특성을 설정한다.
명도가 휘도이면, 계조-휘도 특성은, 해석적으로는 식 (6)과 같이 산출할 수 있다.
Figure 112008046114334-PAT00006
여기서, x는 8비트로 표현된 계조, γ는 입력 영상의 보정에 이용되고 있는 감마 값을 나타내고 있다. 감마값은 일반적으로 2.2가 이용되고 있다.
식 (6)은, 계조-휘도 특성을 나타내고 있지만, 인간의 명도의 감도 특성은, 휘도의 대수에 비례하기 때문에, 계조-밝기 특성은, 식 (7)과 같은 계조-대수휘도특성으로 해도 좋다.
Figure 112008046114334-PAT00007
또, 균등 색공간(color space)에 있어서 정의되고 있는 명도를 이용해, 계조-명도 특성이라고 해도 좋다
Figure 112008046114334-PAT00008
명도는, 엄밀하게는 CIE(International Commission on Illumination)으로 규격화되어 있으며, 어두운 영역에서 비선형으로 변화하는 것이나, 식 (8)에서는, 1/3승에 비례하는, 간이적인 것으로 하고 있다.
(3-1-3)계조-밝기 구배 특성의 설정
다음으로, 최대 동적 범위 내의 계조-밝기 구배 특성을 설정한다.
여기서, 계조-밝기 구배 특성이란, 계조-밝기 특성의 1차 미분에 상당한다. 즉, 밝기가 휘도라면, 계조-휘도 구배 특성은, 해석적으로는 식 (9)와 같이 산출할 수 있다.
Figure 112008046114334-PAT00009
또, 밝기가 균등 색공간(color space)에 있어서 정의되고 있는 명도를 이용해, 식 (1O)에 나타내는 계조-명도 구배 특성으로 해도 좋다.
Figure 112008046114334-PAT00010
(3-1-4)검색표(lookup table) 데이터의 작성
계조-밝기 특성 및 계조-밝기 구배 특성은, 식 (6)으로부터 식 (10)등을 이용해 산출하는 방법으로 해도 좋지만, 이하와 같은 구성으로 해도 좋다.
예를 들면, Dmin, Dmax를 정한 다음, 설정 계조 x와 밝기 G(x)의 관계로부터, 설정 계조 x와 밝기 G(x)를 대응시킨 검색표 데이터를 작성해 둔다. 또, 마찬가지로, 설정 계조 x와 밝기 구배 G'(x)를 대응시킨 검색표 데이터를 작성해 둔다. 계조-밝기 특성의 표 데이터의 일례를 도 5, 계조-밝기 구배 특성의 표 데이터의 일례를 도 6에 나타낸다.
그리고, 작성한 표 데이터를, 도 7에 나타내듯이 제어 파라미터 선택부(14)에 의해 액세스 가능한 ROM(Read Only Memory) 등에 제1 검색표(26)로서 격납해 둔다.
각 계조의 밝기를 구하는 경우는, 설정 계조 x에 의해 ROM를 참조하는 것으로, 설정 계조 x에 대응하는 밝기를 구한다. 각 계조의 밝기 구배를 구하는 경우는, 설정 계조 x에 의해 ROM를 참조하는 것으로, 설정 계조 x에 대응하는 밝기 구배를 구한다.
덧붙여, Dmin, Dmax가 복수 준비되어 있어, 예를 들면, 사용자의 지시에 의해 Dmin, Dmax의 조합이 변경되는 경우는, 각각의 조합에 따른 복수의 표 데이터를 준비해 두어, 설정된 조합의 표 데이터를 참조하는 구성으로 해도 좋다.
(3-2)설정 단계 2
설정 단계 2에서는, 실제의 화상표시부(20)의 계조-밝기 특성 및 계조-밝기 구배 특성을 설정한다.
(3-2-1)동적 범위의 설정
어느 백라이트 휘도 I에 있어서의, 화상표시부(2O)의 동적 범위는, 식 (11)과 같이 나타내어진다.
Figure 112008046114334-PAT00011
여기서, dmin(I), dmax(I)는, 각각, 백라이트 휘도 I 때의 화상표시부(20)로 표시 가능한 동적 범위의 최소치 및 최대치이다.
해석적으로는 화상표시부(20)의 동적 범위는 식 (11)과 같이 표현된다.
그러나, 실제로는, 액정패널(22)에 표시 가능한 최소 계조(8 비트 표현이 가능한 액정패널(22)이면, O 계조)로, 한편, 백라이트 휘도 I로 조명했을 경우에 있어서의 화상표시부(20)의 측정 휘도를, 백라이트 휘도 I의 경우의 화상표시부(20)로 표시 가능한 최소 표시 휘도 dmin로 설정한다.
또, 액정패널(22)에 표시 가능한 최대 계조(8비트 표현이 가능한 액정패널(22)이면, 255 계조)로, 한편, 백라이트 휘도 I로 조명했을 경우에 있어서의 화상표시부(20)의 측정 휘도를, 백라이트 휘도 I의 경우의 화상표시부(2O)로 표시 가능한 최대 표시 휘도 dmax로 설정한다.
그리고, dmax(Imax)를 1로 정규화했을 때의, 최소 표시 휘도를 dmin(I), 최대 표시 휘도를 dmax(I)로 설정하는 구성으로 할 수도 있다.
(3-2-2)계조-밝기 특성의 설정
다음으로, 백라이트 휘도 I에 있어서 화상표시부(2O)의 계조-밝기 특성을 설정한다.
밝기가 휘도에 대응되면, 화상표시부(2O)의 계조-휘도 특성(일반적으로는, 감마 특성으로 불림)은, 해석적으로는, 식 (12)와 같이 나타내진다.
Figure 112008046114334-PAT00012
여기서, x는 8 비트로 표현된 계조, Γ는 액정패널(22)의 보정에 이용되고 있는 감마값을 나타내고 있다. 감마값은 일반적으로 2.2가 이용되고 있다.
식 (12)는, 계조-휘도 특성을 나타내고 있지만, 인간의 밝기의 감도 특성은, 휘도의 대수에 비례하기 때문에, 계조-밝기 특성은, 식 (13)과 같은 계조-대수휘도특성이라고 해도 좋다.
Figure 112008046114334-PAT00013
또, 균등 색공간(color space)에 있어서 정의되어 있는 명도를 이용해, 계조-명도 특성이라고 해도 좋다.
Figure 112008046114334-PAT00014
덧붙여, 식 (8)과 같이, 식 (14)의 명도는 1/3 승에 비례한다고 하는 간이적인 것으로 하고 있다.
(3-2-3)계조-밝기 구배 특성
다음으로, 백라이트 휘도 I에 있어서의 화상표시부(2O)의 계조-밝기 구배 특성을 설정한다.
밝기가 휘도에 대응되면, 화상표시부(2O)의 계조-휘도 구배 특성은, 해석적으로는, 식 (15)와 같이 나타내진다.
Figure 112008046114334-PAT00015
또, 밝기가 균등 색공간(color space)에 있어서 정의되어 있는 명도를 이용해, 식 (16)에 나타낸 계조-명도 구배 특성이라고 해도 좋다.
Figure 112008046114334-PAT00016
(3-2-4)검색표 데이터의 작성
계조-밝기 특성 및 계조-밝기 구배 특성은, 식 (12)로부터 식 (16) 등을 이용해 산출하는 방법으로 해도 좋지만, 이하와 같은 구성으로 해도 좋다.
예를 들면, dmin(I), dmax(I)를 정한 다음, 설정 계조 x와 밝기 g(x,I)의 관계로부터, 설정 계조 x와 밝기 g(x, I)를 대응시킨 검색표 데이터를 작성해 둔다. 또, 마찬가지로, 설정 계조 x와 밝기 구배 g'(x, I)의 관계로부터, 설정 계조 x와 밝기 구배 g'(x, I)를 대응시킨 검색표를 작성해 둔다. 계조-밝기 특성의 표 데이터의 일례를 도 8에 나타내며, 계조-밝기 구배 특성의 표 데이터의 일례를 도 9에 나타낸다.
도 8의 표 데이터는, 백라이트 휘도가 0.1에서 1.O까지 O .1 마다의 데이터에 대한 계조와 밝기의 대응관계를 저장한 것이다.
도 9의 표 데이터는, 백라이트 휘도가 O .1에서 1.O까지 0.1 마다의 데이터에 대한 계조와 밝기 구배의 대응관계를 저장한 것이다.
그리고, 작성한 표 데이터를, 도 7에 나타내듯이 제어 파라미터 선택부(14)에 의해 액세스 가능한 ROM(Read Only Memory) 등에 격납해 둔다.
각 계조의 밝기를 구하는 경우는, 설정 계조 x 및 백라이트 휘도 I에 의해 ROM을 참조하는 것으로, 백라이트 휘도 I의 경우의 설정 계조 x에 대응하는 밝기를 구한다. 각 계조의 밝기 구배를 구하는 경우는, 설정 계조 x 및 백라이트 휘도 I 에 의해 ROM을 참조하는 것으로, 백라이트 휘도 I의 경우의 설정 계조 x에 대응하는 밝기 구배를 구한다.
또, 도 8, 도 9에서는, 각 백라이트 휘도 I에 대한 계조-밝기 특성 및 계조-밝기 구배 특성을 나타내고 있지만, 그 외의 구성으로서, 도 10 및 도 11에 나타내듯이, 백라이트 휘도 Imax(=1.0)의 계조-밝기 특성 및 계조-밝기 구배 특성만 저장해 두어, 그 외의 백라이트 휘도에 대해서는, 백라이트 휘도 Imax 시의 밝기에 대해 비례 계산을 수행하는 구성으로 해도 좋다.
(3-2-5)그 외
덧붙여, 설정 단계 1 및 설정 단계 2는, 입력 영상의 프레임마다 수행할 필요는 없고, 최초로 1 번(예를 들면, 화상표시장치(10)의 전원 투입시 등) 수행하면 좋다.
또, 계조-밝기 특성 및 계조-밝기 구배 특성이 미리 표 데이터로서 저장되어 있는 경우는, 설정 단계 1 및 설정 단계 2는, 생략할 수가 있다.
(3-3)초기화 단계 1
초기화 단계 1에서는, 이하의 처리에 이용하는 변수를 초기화한다.
예를 들면, 식 (17)과 같은 처리를 실시한다.
Figure 112008046114334-PAT00017
여기서, Emin는, 후술하는 제어 파라미터 갱신 단계에서 이용하는 최소 평가치이다. Iopt는, 최종적으로 결정되는 백라이트 휘도이다. i는, 후술하는 입력 설정 계조 x에 대해서 복수 설정되어 있는 계조 변환 함수 fi(x)를 선택하는 출력 계조 변환 선택 번호이다. iopt는, 최종적으로 결정되는 출력 계조 변환 선택 번호이다. 기호←는, 우변의 값을 좌변에 대입하는 것을 나타내고 있다. MAX_VAL 는, 후술하는 평가치 E가 취할 수 있는 최대치이다.
계조 변환 함수 fi(x)는, 본 실시 형태에서는, 도 12에 나타내는 10 종류의 계조 변환 함수를 설정하고 있다. 여기서, 입력 계조 x는, 표시하고 싶은 영상 신호의 계조를 나타내고, 출력 계조 fi(x)는 액정패널(22)로 표시 가능한 계조이다.
또, 계조 변환 함수는, 도 12에 나타내듯이, 백라이트 휘도 I에 의존하지 않는 구성 이외에도, 백라이트 휘도 I 마다 다른 복수의 계조 변환 함수를 설정할 수도 있다. 그 경우, 계조 변환 함수는, fi(x, I)와 같이, 설정 계조 x와 백라이트 휘도 I의 함수의 형태로 표현된다.
또, 계조 변환 함수 fi(x)는, 제어파라미터 선택부(14) 내부에서 계산에 의해 구하는 것도 가능하지만, 본 실시 형태에서는, 도 13에 나타내듯이, 입력 설정 계조 x와 출력 계조 함수(변환 계조 함수) fi(x)를 대응시킨 표 데이터를 제2 검색표(28)로서, ROM에 저장하는 구성으로 했다.
덧붙여, 도 13의 구성은, 도 7의 구성에 한층 더 계조 변환 함수 fi(x)를 갖는 검색표를 추가한 구성이다. 제2 검색표(28)의 일례를 도 14에 나타낸다.
후술하는 평가치 갱신 단계에서는, 설정 계조 x와, 출력 계조 변환 선택 번호 i에 의해 제2 검색표(28)를 참조하여 출력 계조 함수 fi(x)를 구한다.
(3-4)초기화 단계 2
초기화 단계 2에서는, 후술하는 평가치 갱신 단계에서 이용하는 제1 평가치 E1 및 제2 평가치 E2를, 식 (18)에 나타내듯이 초기화한다.
Figure 112008046114334-PAT00018
(3-5)평가치 갱신 단계
평가치 갱신 단계에서는, 제1 평가치 산출 단계 및 제2 평가치 산출 단계에 의해, 제1 평가치 E1 및 제2 평가치 E2를 산출한다.
(3-5-1)제1 평가치 산출 단계
제1 평가치 산출 단계의 동작에 대해, 도 15에 나타내는 흐름도를 이용해 설명한다.
우선, 현재의 설정 계조 x, 백라이트 휘도 I의 경우의 최대 동적 범위에 있어서의 밝기 G(x)를 구한다.
다음으로, 설정 계조 x에 대해 출력 계조 변환 선택 번호 i가 지시하는 계조 변환 함수 fi(x)를 구한다.
다음으로, 계조 변환 함수 fi(x)에 대한 화상표시부(2O)에 있어서의 밝기 g (fi(x),I)를 구한다.
다음으로, G(x)와 g(fi(x), I)의 차분치를 산출한다.
다음으로, 이 차분치에 막대그래프 생성부(12)로 구한 설정 계조 x의 빈도 h(x)를 곱셈하여, 평가치 E1에 가산한다.
예를 들면, 차분치를 절대치로 평가하는 경우는, 식 (19)와 같이 나타내어 진다.
Figure 112008046114334-PAT00019
또, 차분치를 제곱 오차로서 평가하는 경우는, 식 (20)과 같이 나타내어 진다.
Figure 112008046114334-PAT00020
더욱이, 식 (19), 식 (20)에서는, 계조-밝기 특성을 이용해 평가를 수행하고 있지만, 이들은 설치 단계 1 및 설정 단계 2에서 설정한 계조-밝기 특성으로 평가하면 좋고, 예를 들어 계조-명도 특성을 이용한다면, 차분을 제곱 오차로서 평가하는 경우는, 식 (21)과 같이 나타내어진다.
Figure 112008046114334-PAT00021
또, 막대그래프 생성부(12)로 구해진 h(x)에 대해, 제1 평가치 산출 단계에서, 가중치를 더하는 구성으로 할 수도 있다. 예를 들면, 제1 평가치의 갱신이 식 (19)에 의해 수행되어 진다면, 이하와 같이 나타내어 진다.
Figure 112008046114334-PAT00022
여기서, α는 설정 계조 x의 빈도 h(x)의 멱승(power)으로 부여되는 가중치이다. α의 값은 여러가지로 얻어지지만, 0 보다 크고, 1 이하의 값으로 하는 것이 경험적으로 확인되고 있다.
현재의 설정 계조 x에 의한 제1 평가치의 산출이 종료된 후, 모든 설정 계조 x에 대한 제1 평가치의 산출이 종료했는지를 판정해, 종료하고 있지 않으면, 설정 계조 x를 갱신해, 재차 제1 평가치 산출 단계를 수행한다. 예를 들면, 막대그래프 생성부(12)에서 구한 막대그래프가 0 계조에서 255 계조에 대해 1 계조 마다의 빈도를 구한 것이면, 우선 설정 계조 x가 255 이상인지를 판정해, 255 미만이면, 설정 계조 x에 1을 가산해 설정 계조 x를 갱신한다.
(3-5-2)제2 평가치 산출 단계
다음으로, 제2 평가치 산출 단계의 동작에 대해, 도 16에 나타내는 흐름도를 이용해 설명한다.
우선, 현재의 설정 계조 x, 백라이트 휘도 I의 경우의 최대 동적 범위에 있어서의 밝기 구배 G'(x)를 구한다.
다음으로, 설정 계조 x에 대해 출력 계조 변환 선택 번호 i가 지시하는 계조 변환 함수 fi(x)를 구한다.
다음으로, 계조 변환 함수 fi(x)에 대한 화상표시부(2O)에 있어서의 밝기 구 배 g'(fi(x), I) 및 백라이트 휘도 I를 산출한다.
다음으로, 상기 G'(x) 및 g'(fi(x), I)의 차분치를 산출한다.
다음으로, 이 차분치에 막대그래프 생성부(12)에서 구한 설정 계조 x의 빈도 h(x)를 곱셈하여, 평가치 E2에 가산한다.
예를 들면, 차분을 절대치로 평가하는 경우는, 식 (23)과 같이 나타내어진다.
Figure 112008046114334-PAT00023
또, 차분을 제곱 오차로서 평가하는 경우는, 식 (24)와 같이 나타내어진다.
Figure 112008046114334-PAT00024
덧붙여, 식 (23), 식 (24)에서는, 계조-밝기 구배 특성을 이용해 평가를 수행하고 있지만, 이들은 설치 단계 1 및 설정 단계 2에서 설정한 계조-밝기 구배 특성으로 평가하면 좋다. 예를 들어, 계조-명도 구배 특성을 이용한다면, 차분을 제곱 오차로서 평가하는 경우는, 식 (25)와 같이 나타내어진다.
Figure 112008046114334-PAT00025
또, 막대그래프 생성부(12)에서 구해진 h(x)에 대해, 제2 평가치 산출 단계에서, 가중치를 더하는 구성으로 할 수도 있다. 예를 들어, 제2 평가치의 갱신이 식 (23)에 의해 행해진다면, 이하와 같이 나타내어진다.
Figure 112008046114334-PAT00026
여기서, β는 설정 계조 x의 빈도 h(x)의 멱승으로 가해지는 가중치이다. β의 값은 여러가지로 얻어지지만, O 보다 크고, 1 이하의 값으로 하는 것이 경험적으로 확인되고 있다.
현재의 설정 계조 x에 의한 제2 평가치의 산출이 종료한 후, 모든 설정 계조 x에 대한 제2 평가치의 산출이 종료했는지를 판정하여, 종료하고 있지 않으면, 설정 계조 x를 갱신해, 재차 제2 평가치 산출 단계를 수행한다. 예를 들어, 막대그래프 생성부(12)에서 구한 막대그래프가 O 계조로부터 255 계조에 대해 1 계조 마다의 빈도를 구한 것이면, 우선 설정 계조 x가 255 이상인지를 판정해, 255 미만이면, 설정 계조 x에 1을 가산해 설정 계조 x를 갱신한다.
(3-5-3)평가치 E의 산출
제1 평가치 E1 및 제2 평가치 E2 산출후, 제1 평가치와 제2 평가치에 대한 식 (27)에 나타내는 바와 같은 가중 선형합(weighted linear sum)에 의해 평가치 E를 산출한다.
Figure 112008046114334-PAT00027
여기서, λ는, 제1 평가치와 제2 평가치의 가중을 나타내고 있고, O으로부터 1의 범위의 값이다.
(3-6)제어파라미터 갱신 단계
제어 파라미터 갱신 단계에서는, 현재의 백라이트 휘도 I 및 계조 변환 함수 fi(x)에 있어서의 평가치 갱신 단계에서 구해진 평가치 E가 최소인지 어떤지를 판정한다. 최소이면, 현재의 백라이트 휘도 I를 출력 백라이트 휘도 Iopt로 해서, 현재의 계조 변환 함수 fi(x)를 지시하는 출력 계조 변환 선택 번호 i를 iopt로서, 최소 평가치 Emin를 현재의 평가치 E로 갱신한다.
다음으로, 미리 설정된 모든 출력 계조 변환 선택 번호에 대한 계조 변환 함수에 대해 평가가 종료했는지를 판정하고, 종료하고 있지 않으면 i에 1을 가산하여 출력 계조 변환 선택 번호를 갱신한다.
종료하고 있으면, 또, 미리 설정된 모든 백라이트 휘도 I에 대해 평가가 종료했는지를 판정하여, 종료하고 있지 않으면 백라이트 휘도 I를 갱신하여, 재차 초기화 단계 2로 돌아온다.
예를 들어, 백라이트 휘도의 변조 범위가 Imin로부터 Imax로 O.1간격이면, 현재의 백라이트 휘도 I가 Imax 미만이면, 백라이트 휘도 I에 0.1을 가산해 백라이트 휘도 I를 갱신한다.
종료하고 있으면, 그때의 출력 백라이트 휘도 Iopt 및 출력 계조 변환 선택 번호 iopt가 제어파라미터 선택부(14)에서 출력된다.
(3-7)제1 평가치 E1, 제2 평가치 E2 및 평가치 E
여기서, 제1 평가치 E1, 제2 평가치 E2 및 평가치 E에 대해 설명한다.
제1 평가치 El는, 화상표시부(2O)에 표시하고 싶은 밝기와, 현재의 백라이트 휘도 I, 계조 변환 함수 fi(x)에서의 화상표시부(2O)의 실제의 밝기와의 유사도를 나타내고 있다. 즉, 제1 평가치 E1이 작을수록, 화상표시부(2O)에 표시하고 싶은 밝기와, 실제의 화상표시부(20)에서의 밝기가 유사하고 있는 것을 나타내고 있다.
제2 평가치 E2는, 화상표시부(2O)에 표시하고 싶은 밝기 구배와, 현재의 백라이트 휘도 I, 계조 변환 함수 fi(x)에서의 화상표시부(2O)의 실제의 밝기 구배간의 유사도를 나타내고 있다. 즉, 제2 평가치 E2가 작을수록, 화상표시부(20)에 표시하고 싶은 밝기 구배(인접 계조 간의 밝기의 차이, 콘트라스트)와, 실제의 화상표시부(20)에서의 밝기 구배(인접 계조 간의 밝기의 차이, 콘트라스트)가 유사한 것을 나타내고 있다.
평가치 E는, 제1 평가치와 제2 평가치의 가중선형합이며, 상기 2개의 평가치의 밸런스(balance)를 고려하여 산출되는 값이다. 즉, 평가치 E가 작을수록, 제1 평가치 및 제2 평가치가 특정 밸런스로(at a certain balance) 작아지고 있는 것을 나타내고 있으며, 화상표시부(2O)에 표시하고 싶은 밝기와 밝기 구배의 양쪽 모두 가, 실제의 화상표시부(20)에서의 밝기와 밝기 구배에 유사한 것을 나타내고 있다.
(4)타이밍 컨트롤러(16)
타이밍 컨트롤러(16)에서는, 제어파라미터 선택부(14)에서 결정된 계조 변환 함수를 입력 영상 신호에 적용해 변환 영상 신호를 생성함과 동시에, 액정패널(22)에 송출하는 변환 영상 신호와 백라이트 구동부(18)에 송출하는 백라이트 휘도 신호의 타이밍을 제어한다.
(4-1)계조 변환 방법(감마 변환 방법)
우선, 계조 변환 방법에 대해 설명한다.
제어 파라미터 선택부(14)의 구성이, 도 13에 나타내는 바와 같은, 제2 검색표(28)에 저장된 계조 변환 함수를 선택하는 방법의 경우, 본 실시 형태에 있어서의 화상표시장치(1O)의 구성을 도 17에 나타낸다. 타이밍 컨트롤러(16) 내부에는, 영상 변환부(30)를 갖추고 있다.
영상 변환부(30)는, 제어파라미터 선택부(14)에서 결정된 출력 계조 변환 선택 번호 iopt에 의해 제2 검색표(28)를 참조하여, 해당하는 계조 변환 함수를 입력 영상에 적용한다. 즉, 수평 화소 위치u, 수직 화소 위치v의 입력 영상의 계조L(u, v)에 대해, 식 (28)의 처리를 수행한다.
Figure 112008046114334-PAT00028
여기서, Lout(u, v)는, 위치(u, v)의 입력 영상의 화소의 변환된 계조이다. 식 (28)의 처리를, 입력 영상의 1 프레임의 모든 화소에 대해서 수행하는 것으로, 입력 영상이 변환된다.
(4-2) 타이밍 제어
다음으로, 타이밍 제어에 대해 설명한다.
막대그래프 생성부(12)에 있어서의 기본적인 동작으로서, 1 프레임의 입력 영상의 모든 화소를 주사해 막대그래프를 생성하고 있기 때문에, 타이밍 컨트롤러(16)에 영상이 입력되는 타이밍과, 같은 영상의 백라이트 휘도가 제어 파라미터 선택부(14)에 의해 입력되는 타이밍은 1 프레임 기간, 혹은 그 이상 다른 타이밍이 된다.
그 때문에, 타이밍 컨트롤러(16)에서는, 상기 타이밍의 지연을 조정하기 위해서, 예를 들면 프레임 버퍼(frame buffer)를 이용해 입력 영상의 출력 타이밍을 지연시켜, 백라이트 휘도 신호의 출력에 동기 시킨다.
또, 상기 구성에서는, 입력 영상과 그 입력 영상으로부터 산출된 백라이트 휘도의 출력 타이밍을 동기 시키는 구성이지만, 일반적으로, 입력 영상은 시간적으로 어느 정도 연속한 것이기 때문에, 예를 들면, n프레임의 입력 영상보다 구한 백라이트 휘도 I(n)을, n+1 프레임의 입력 영상과 동기 시키는 구성으로 할 수도 있다.
즉, 실제로 화상표시부(2O)에 표시되는 영상에 대해, 백라이트 휘도가 1 프레임 기간 지연되게 된다. 이 경우, 입력 영상을 타이밍 컨트롤러(16)에서 크게 지연시킬 필요가 없기 때문에, 메모리량을 작게 하는 것이 가능해진다.
(4-3)그 외
타이밍, 컨트롤러(16)에서는, 액정패널(22)을 구동하기 위해 필요한 여러가지 동기 신호(수평 동기 신호, 수직 동기 신호 등)도 아울러 생성되어, 영상 변환부(30)에서 변환된 변환 영상과 함께 액정패널(22)에 송출된다.
(5)백라이트 구동부(18)
백라이트 구동부(18)에서는, 타이밍 컨트롤러(16)로부터 출력된 백라이트 휘도 신호에 근거해, 실제로 백라이트(24)를 발광시키기 위한 백라이트 구동 신호를 생성한다.
백라이트 구동 신호는, 백라이트(24)에 설치되어 있는 광원의 종류에 따라 다른 구성이 되지만, 일반적으로 액정표시장치의 백라이트(24)의 광원으로서는 냉음극관이나 발광 다이오드(LED) 등이 이용되고 있다. 이들은, 인가하는 전압이나 전류를 제어하는 것에 의해, 그 휘도를 변조하는 것이 가능하다.
또, 일반적으로는, 발광과 비발광의 기간을 고속으로 바꾸는 것에 의해 휘도를 변조하는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어가 이용된다.
본 실시 형태에서는, 비교적 발광 강도의 제어가 용이한 LED 광원을 백라이트(24)의 광원으로서 이용해, LED 광원을 PWM 제어에 의해 휘도 변조하는 구성으로 했다. 따라서, 백라이트 구동부(18)로부터는, 백라이트 휘도 신호에 근거해 PWM 제어 신호를 생성해, 백라이트(24)에 송출한다.
(6)화상표시부(2O)
상기한 것처럼, 화상표시부(2O)는, 광변조소자부로서의 액정패널(22)과, 광 원의 휘도를 변조 가능한, 액정패널(22)의 배면에 설치된 백라이트(24)에 의해 구성된다.
화상표시부(20)에서는, 타이밍 컨트롤러(16)로부터 출력된 변환 영상 신호를 액정패널(22)(광변조소자)에 기입한다. 또, 제어파라미터 선택부(14)에 의해 산출된 백라이트 휘도 신호에 근거해, 백라이트 구동부(18)로부터 출력된 백라이트 구동 신호에 의해 백라이트(24)를 점등시킨다. 이로써, 입력 영상의 표시를 수행한다. 덧붙여, 상기한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 백라이트(24)의 광원으로서 LED 광원을 이용하고 있다.
(7)효과
이상, 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 의하면, 시각적 콘트라스트가 뛰어나며, 소비전력이 저감된 화상표시장치(10)를 제공할 수가 있다.
(제2의 실시 형태)
본 발명의 제2의 실시 형태에 의한 화상표시장치(1O)의 기본적인 구성은, 제1의 실시 형태와 같지만, 본 실시 형태에서는, 제어 파라미터 선택부(14)에 있어서, 백라이트 휘도의 프레임 간의 변동량에 제한을 둔 것을 특징으로 한다.
(1)휘도의 변동량의 제한
본 실시 형태에 의한 제어 파라미터 선택부(14)에서는, 제1의 실시형태와 같이, 출력 백라이트 휘도 Iopt가 산출된다. 그 후, 이하의 처리에 의해, 프레임 간의 백라이트 휘도의 변동을 제한한다.
Figure 112008046114334-PAT00029
그러나,
Figure 112008046114334-PAT00030
이다. 여기서, Iopt(t)는, 시각 t에 있어서의 출력 백라이트 휘도, TI는 변동의 제한폭을 나타낸다.
결국, 식 (29)는, 백라이트 휘도가 프레임간에서 TI 보다 크게 변동하는 경우는, 그 변동량을 TI에 제한하는 것을 나타내고 있다.
상기와 같은 처리를 수행하는 것으로, 입력 영상의 프레임 간에서, 백라이트 휘도가 크게 변동하는 것을 제한할 수가 있어서, 그 결과, 백라이트 휘도의 과잉 변동에 의한, 화상표시부(2O)에 발생하는 깜박거림(flicker)을 억제할 수가 있다.
(2)장면 체인지 검출부(32)
그러나, 상기 구성에서는, 장면 체인지 등의 요인에 의해, 표시 영상이 프레임 간에 크게 변화한 경우도, 백라이트 휘도의 변화량이 제한되어 버려, 그 결과, 표시 영상에 대해서 백라이트 휘도의 변화가 크게 지연할 가능성이 있다.
그 때문에, 도 18에 나타내듯이, 장면 체인지 검출부(32)를 마련해, 장면 체인지 검출 결과에 근거해 백라이트 휘도의 프레임간의 변동량을 제어하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
장면 체인지 검출부(32)에 의한 장면 체인지 검출 방법은, 여러가지로 생각할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 시간적으로 인접하는 2 프레임으로부터 검출된 막대그래프를 이용해 검출하는 방법으로 했다. 시각 t의 설정 계조 x의 빈도를 h(x, t)로 하면, 장면 체인지는, 식 (31)을 이용해 검출된다.
Figure 112008046114334-PAT00031
여기서, s(t)는, 시각 t에 있어서의 장면 체인지 검출 결과를 나타내고, 1은 장면 체인지, 0은 장면 비체인지를 나타낸다. Ts는 장면 체인지를 판정하는 임계치이다.
이 장면 체인지 검출 결과를 이용해, 이하와 같이 변동의 제한폭 TI를 제어했다.
Figure 112008046114334-PAT00032
여기서, α는, 1 보다 큰 양의 실수이며, TI(t)는, 시각 t에 있어서의 프레임 사이의 백라이트 휘도의 변화량의 제한폭이다.
즉, 장면 체인지가 아닌 경우(s(t)=O)는, 식 (29)와 같은 제한폭 TI를 이용하고, 장면 체인지의 경우(s(t)=1)는, 제한폭 TI에 계수α를 곱한 TI 보다 큰 제한폭으로 한다. 식 (32)에 의해 구해진 제한폭 TI(t)를 이용해 식 (29)의 처리를 수행하는 것에 의해, 체인지시의 큰 백라이트 휘도의 변화시에는, 장면의 변화에 백라이트 휘도의 변동을 추종시키는 것이 가능해진다.
(3)변경예 1
덧붙여, 상기 실시 형태에서는, 입력 영상에 대한 출력 백라이트 휘도를 산출한 후, 출력 백라이트 휘도의 시간 변동을 제한하는 구성으로 하고 있지만, 그 외의 구성도 생각할 수 있다.
예를 들면, 제1의 실시 형태에서는, 미리 정해진 백라이트 휘도 변조 범위 Imin로부터 Imax의 모든 범위에 대해, 제어파라미터 갱신 단계에 있어서 평가치 E 를 산출해, 출력 백라이트 휘도를 결정하고 있다. 그러나, 평가하는 백라이트 휘도의 범위를 1 프레임 전의 출력 백라이트 휘도의 근방으로 한정하는 구성으로 하는 것에 의해, 프레임 간의 출력 백라이트 휘도의 과잉 변동을 제한할 수가 있다.
즉, 시각 t에서의 초기화 단계 1에 있어서의 백라이트 휘도 I의 초기치의 대입에 있어서, 제1의 실시 형태에서는, Imin를 설정했었지만, 본 실시 형태에서는, 이하와 같이 변경한다.
Figure 112008046114334-PAT00033
여기서, Iopt(t-1)는, 시각 t-1의 출력 백라이트 휘도를 나타내고 있다. 단, I가 Imin 미만이 되는 경우는, I를 Imin으로 수정한다.
(4)변경예 2
또, 제어 파라미터 갱신 단계에 있어서, 백라이트 휘도 변조 범위 전체의 처리가 완료했는지의 판정에 있어서, 제1의 실시 형태에서는, 변조 범위의 최대치 Imax 미만인지 어떤지를 판정하고 있었지만, 본 실시 형태에서는 I가 Iopt(t-1) 미만이고 또한 Imax 미만인지를 판정해, 상기 조건이 성립되는 경우는, 백라이트 휘도를 갱신해, 초기화 단계 2로 돌아와, 성립되지 않는 경우는, 처리를 종료하도록 변경한다.
상기 구성에 의해, 백라이트 휘도는, 전 프레임에 있어서의 출력 백라이트 휘도 Iopt(t-1)에 대해 ±TI의 범위에서만 밖에 평가되지 않기 때문에, 출력 백라이트 휘도 Iopt(t)도 그 범위로 결정된다. 그 결과, 출력백라이트 휘도의 시간 변동을 제한하는 것이 가능해진다.
덧붙여, 상기 구성에 있어서도, 장면 체인지 검출을 조합하는 것이 가능하며, 그 경우, TI는 식 (32)를 이용해 구하는 구성으로 하면 좋다.
(변경예)
본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 여러 변경들이 이뤄질 수 있다.
예를 들면, 화상표시부(2O)의 구성으로서 액정패널(22)과 백라이트(24)를 조합한 투과형 액정표시장치에 있어서의 실시 형태에 대해 설명해 왔지만, 본 실시 형태는, 투과형 액정표시장치 이외에도 여러가지 화상표시부(2O)의 구성에 적용 가능하다.
예를 들면, 광변조소자로서의 액정패널(22)과, 할로겐 광원 등의 광원을 조합한 투사형의 화상표시부(20)에도 적용 가능하다.
또, 광원부로서의 할로겐 광원과, 할로겐 광원으로부터의 빛의 반사를 제어하는 것에 의해 화상의 표시를 수행하는 디지털 마이크로 미러(mirror) 장치를 광변조소자로서 이용하는 투사형의 화상표시부(20)이어도 좋다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시 형태의 화상표시장치의 블럭도이다.
도 2는 빈도와 계조의 관계를 나타내는 막대그래프이다.
도 3은 이산화(discrete)한 빈도와 계조의 관계를 나타내는 막대그래프이다.
도 4는 제어 파라미터 선택부의 흐름도(flow chart)이다.
도 5는 제1 검색표의 제1의 내용이다.
도 6은 제1 검색표의 제2의 내용이다.
도 7은 제1 검색표를 추가한 화상표시장치의 블럭도이다.
도 8은 제1 검색표의 제3의 내용이다.
도 9는 제1 검색표의 제4의 내용이다.
도 1O은 제1 검색표의 제5의 내용이다.
도 11은 제1 검색표의 제6의 내용이다.
도 12는 계조 변환 함수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 제1, 제2 검색표를 추가한 화상표시장치의 블럭도이다.
도 14는 제2 검색표의 내용이다.
도 15는 제1 평가치 산출 단계의 흐름도이다.
도 16은 제2 평가치 산출 단계의 흐름도이다.
도 17은 제1, 제2 검색표와 영상 변환부를 추가한 화상표시장치의 블럭도이다.
도 18은 제1, 제2 검색표와 장면 체인지 검출부를 추가한 화상표시장치의 블 럭도이다.
<부호의 설명>
10 화상표시장치
12 막대그래프 생성부
14 제어 파라미터 선택부
16 타이밍 컨트롤러
18 백라이트 구동부
20 화상표시부

Claims (15)

  1. 어두운 휘도로부터 밝은 휘도까지 광원 휘도를 n단계로 조정 가능한 광원부와, 입력된 신호에 근거해 상기 광원부로부터의 빛의 투과율 또는 반사율을 변조하는 것에 의해 화상 표시를 수행하는 광변조소자부를 구비하는 화상표시부;
    입력 영상의 1 프레임으로부터 임의의 계조마다 각 계조범위를 대표하는 대표 계조와, 상기 각 계조범위에 포함되는 화소의 빈도를 대응시킨 막대그래프를 생성하는 막대그래프 생성부;
    미리 설정한 j개의 설정 계조를, 상기 광변조소자부에 의해 표시 가능한 출력 계조로 변환하는 m종류의 계조 변환 함수를 각각 생성하는 함수 생성부;
    상기 n단계의 광원 휘도와, 상기 j개의 설정 계조와의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조로 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 이상적인 제1 밝기를 각각 구하는 제1 밝기 산출부;
    상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조를 상기 조합의 각각의 계조 변환 함수로 변환한 출력 계조로, 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 제2 밝기를 각각 구하는 제2 밝기 산출부;
    상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 상기 제1 밝기와 상기 조합의 각각의 상기 제2 밝기와의 제1 차분을 산출하는 제1 차분 산출부;
    상기 제1 차분의 각각에, 상기 제1 차분의 각각의 산출에 이용된 설정 계조에 대응하는 상기 대표 계조 마다의 빈도를 곱하는 것에 의해, 제1 곱셈값의 각각을 계산하는 제1 곱셈부;
    상기 j개의 설정 계조의 각각에 대해, 상기 제1 곱셈값의 합인 제1의 평가치를 산출하는 제1 총합 산출부;
    상기 n단계의 광원 휘도와, 상기 j개의 설정 계조와의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조를 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 이상적인 제1 밝기의 구배를 각각 요구하는 제1 밝기 구배 산출부;
    상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조를 상기 조합의 각각의 계조 변환 함수로 변환한 출력 계조로, 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 제2 밝기의 구배를 각각 구하는 제2 밝기 구배 산출부;
    상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 제1 밝기의 구배와 상기 제2 밝기의 구배와의 제2 차분을 산출하는 제2 차분 산출부;
    상기 제2 차분의 각각에, 상기 제2 차분의 각각의 산출에 이용된 설정 계조에 대응하는 상기 대표 계조 마다의 빈도를 곱셈하는 것에 의해, 제2 곱셈값의 각각을 계산하는 제2 곱셈부;
    상기 j개의 설정 계조의 각각에 대해, 상기 제2 곱셈값의 합인 제2의 평가치를 산출하는 제2 총합 산출부;
    상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 상기 제1 평가치와 상기 조합의 각각의 상기 제2 평가치와의 가중선형합을 각각 구하는 가중선형합산출부;
    상기 각 가중선형합 중에서, 미리 정한 임계치 이하, 또는 최소가 되는 상기 가중선형합을 구하는 판단부;
    상기 구한 가중선형합에 대응하는 최적 광원 휘도 및 최적 계조 변환 함수를 선택하는 제어 파라미터 선택부; 및
    상기 입력 영상의 1 프레임에 대해, 상기 최적 계조 변환 함수에 의해 변환된 변환 영상을 상기 광변조소자부에 부여함과 동시에, 상기 최적 광원 휘도로 발광하도록 상기 광원부로 설정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 곱셈부는, 상기 설정 계조 마다의 제1 차분에, 상기 막대그래프에 있어서의 상기 설정계조의 빈도를 α승(α는 0 보다 큰 실수)한 값을 곱셈하고,
    상기 제2 곱셈부는, 상기 설정 계조 마다의 제2 차분에, 상기 막대그래프에 있어서의 상기 설정계조의 빈도를 β승(β은 O 보다 큰 실수)한 값을 곱셈하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 함수 생성부가 생성하는 상기 m종류의 계조 변환 함수는, 상기 n단계의 광원 휘도마다 다른 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 함수 생성부가 생성하는 상기 m종류의 계조 변환 함수는, 저(低)계조측의 상기 설정 계조에 대한 상기 출력 계조의 기울기가 상기 광원 휘도의 밝기의 감소 만큼 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 함수 생성부가 생성하는 상기 m종류의 계조 변환 함수는, 고(高)계조측의 상기 설정계조에 대한 상기 출력 계조의 기울기가 상기 광원 휘도의 밝기의 증가 만큼 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 함수 생성부는, 상기 n단계의 광원 휘도의 각각에 대해, 상기 계조 변환 함수를 복수생성하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 설정 계조와, 상기 설정 계조에 대해서 미리 설정된 밝기를 대응시킨 제1 표 데이터를 가지며,
    상기 제1 밝기 산출부는, 상기 제1 표 데이터를 참조해 상기 제1 밝기를 구하며, 상기 제1 밝기 구배 산출부는, 상기 제1 표 데이터를 참조하여 상기 설정 계조의 밝기와, 상기 설정 계조에 인접하는 계조의 밝기와의 차분을, 상기 제1 밝기의 구배로서 구하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 설정 계조와, 상기 설정 계조를 상기 계조 변환 함수에 의해 변환한 출력 계조를 대응시킨 상기 제2 표 데이터를 가지며,
    상기 제2 밝기 산출부는, 상기 제2 표 데이터를 참조해 상기 제2 밝기를 구하며, 상기 제2 밝기 구배 산출부는, 상기 제2 표 데이터를 참조해 상기 설정 계조의 밝기와, 상기 설정 계조에 인접하는 계조의 밝기와의 차분을, 상기 제2 밝기의 구배로서 구하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 n단계의 광원 휘도의 각각에 대해, 상기 출력 계조와, 상기 출력 계조를 상기 광원 휘도에 따라 상기 화상표시부를 조명했을 때의 밝기를 대응시킨 제 3 표 데이터를 가지며,
    상기 제2 밝기 산출부는, 상기 제3 표 데이터를 참조해, 상기 출력 계조를 상기 1 개의 광원 휘도에 의해 상기 화상표시부를 조명했을 때의 제2 밝기를 구하며,
    상기 제2 밝기 구배 산출부는, 상기 제3 표 데이터를 참조해, 상기 출력 계조를 상기 하나의 광원 휘도에 의해 상기 화상표시부를 조명했을 때의 밝기와, 상기 출력 계조에 인접하는 계조를 상기 하나의 광원 휘도에 의해 상기 화상표시부를 조명했을 때의 밝기와의 차분을, 상기 제2 밝기의 구배로서 구하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  10. 어두운 휘도로부터 밝은 휘도까지 광원 휘도를 n단계로 조정 가능한 광원부와, 입력 영상에 근거해 상기 광원부로부터의 빛의 투과율 또는 반사율을 변조하는 것에 의해 화상 표시를 수행하는 광변조소자부를 구비하는 화상표시부에 상기 입력 영상을 표시하는 화상표시방법에 있어서,
    입력 영상의 1 프레임으로부터 임의의 계조마다 각 계조범위를 대표하는 대표 계조와, 상기 각 계조범위에 포함되는 화소의 빈도를 대응시킨 막대그래프를 생성하는 막대그래프 생성 단계;
    미리 설정한 j개의 설정 계조를, 상기 광변조소자부에 의해 표시 가능한 출력 계조에 변환하는 m종류의 계조 변환 함수를 각각 생성하는 함수 생성 단계;
    상기 n단계의 광원 휘도와, 상기 j개의 설정 계조와의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조로 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 이상적인 제1 밝기를 각각 구하는 제1 밝기 산출 단계;
    상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조를 상기 조합의 각각의 계조 변환 함수로 변환한 출력 계조로, 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 제2 밝기를 각각 구하는 제2 밝기 산출 단계;
    상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 상기 제1 밝기와, 상기 조합의 각각의 상기 제2 밝기와의 제1 차분을 산출하는 제1 차분 산출 단계;
    상기 제1 차분의 각각에, 상기 제1 차분의 각각의 산출에 이용된 설정 계조에 대응하는 상기 대표 계조 마다의 빈도를 곱하는 것에 의해, 제1 곱셈값의 각각을 계산하는 제1 곱셈 단계;
    상기 j개의 설정 계조의 각각에 대해, 상기 제1 곱셈값의 합인 제1의 평가치를 산출하는 제1 총합 산출 단계;
    상기 n단계의 광원 휘도와, 상기 j개의 설정 계조와의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조를 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 이상적인 제1 밝기의 구배를 각각 구하는 제1 밝기 구배 산출 단계;
    상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 설정 계조를 상기 조합의 각각의 계조 변환 함수로 변환한 출력 계조로, 상기 화상표시부에 표시하는 경우의 제2 밝기의 구배를 각각 구하는 제2 밝기 구배 산출 단계;
    상기 j개의 설정 계조, 상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 제1 밝기의 구배와 상기 제2 밝기의 구배와의 제2 차분을 산출하는 제2 차분 산출 단계;
    상기 제2 차분의 각각에, 상기 제2 차분의 각각의 산출에 이용된 설정 계조에 대응하는 상기 대표 계조 마다의 빈도를 곱하는 것에 의해, 제2 곱셈값의 각각을 계산하는 제2 곱셈 단계;
    상기 j개의 설정 계조의 각각에 대해, 상기 제2 곱셈값의 합인 제2의 평가치를 산출하는 제2 총합 산출 단계;
    상기 n단계의 광원 휘도, 및 상기 m종류의 계조 변환 함수의 조합의 각각에 대해, 상기 조합의 각각의 상기 제1 평가치와 상기 조합의 각각의 상기 제2 평가치와의 가중선형합를 각각 구하는 가중선형합 산출단계;
    상기 각 가중선형합 중에서, 미리 정한 임계치 이하, 또는 최소가 되는 상기 가중선형합를 구하는 판단 단계;
    상기 구한 가중선형합에 대응하는 최적 광원 휘도 및 최적 계조 변환 함수를 선택하는 제어 파라미터 선택 단계; 및
    상기 입력 영상의 1 프레임에 대해, 상기 최적 계조 변환 함수에 의해 변환된 변환 영상을 상기 광변조소자부에게 부여함과 동시에, 상기 최적 광원 휘도로 발광하도록 상기 광원부로 설정하는 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 곱셈 단계는, 상기 설정 계조 마다의 제1 차분에, 상기 막대그래프에 있어서의 상기 설정 계조의 빈도를 α승(α는 O 보다 큰 실수)한 값을 곱셈하 고,
    상기 제2 곱셈 단계는, 상기 설정 계조 마다의 제2 차분에, 상기 막대그래프에 있어서의 상기 설정 계조의 빈도를 β승(β는 O 보다 큰 실수)한 값을 곱셈하는 것을 특징으로 하는 화상표시방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 함수 생성 단계가 생성하는 상기 m종류의 계조 변환 함수는, 상기 n단계의 광원 휘도마다 다른 것을 특징으로 하는 화상표시방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 함수 생성 단계가 생성하는 상기 m종류의 계조 변환 함수는, 저계조측의 상기 설정 계조에 대한 상기 출력 계조의 기울기가 상기 광원 휘도의 밝기의 감소 만큼 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 화상표시방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 함수 생성 단계가 생성하는 상기 m종류의 계조 변환 함수는, 고계조측의 상기 설정 계조에 대한 상기 출력 계조의 기울기가 상기 광원 휘도의 밝기의 증가 만큼 증가하도록 하는 것을 특징으로 하는 화상표시방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 함수 생성 단계는, 상기 n단계의 광원 휘도의 각각에 대해, 복수의 상기 계조 변환 함수를 생성하는 것을 특징으로 하는 화상표시방법.
KR1020080060944A 2007-06-28 2008-06-26 화상표시장치 KR20090004573A (ko)

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