WO2011040021A1

WO2011040021A1 - 表示装置および表示方法

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Publication number: WO2011040021A1
Application number: PCT/JP2010/005873
Authority: WO
Inventors: 山下春生; 井東武志
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-04-07
Also published as: US9214112B2; US20120169792A1; EP2485211A1; EP2485211A4; JPWO2011040021A1; CN102483905A

Abstract

　ローカルディミング技術において、表示デバイスの物理的な制約による輝度ムラあるいは部分的なコントラスト低下による画質劣化を、人間の視覚特性を用いて補償することができる表示装置。液晶パネル（１０１）は、照明光を透過率に応じて変調して画面に画像を表示する。バックライト（１０２）は、画面の発光領域毎に異なる照射光量で照明光を液晶パネル（１０１）に照射する。バックライト制御部（１０６）は、バックライト（１０２）における発光輝度を発光領域毎に制御する。局所階調変換部（１０４）は、映像信号に階調変換の処理を施して変換後の輝度値を画素毎に取得する。バックライト駆動部（１０７）は、取得された変換後の輝度値を基に透過率を画素毎に制御する。局所階調変換部は、映像信号内の処理対象画素に対して、処理対象画素の周囲明度が高いほど処理対象画素の輝度値を低くする変換特性を設定し、設定された変換特性を用いて階調変換を行う。

Description

表示装置および表示方法

　本発明は、液晶等を用いた表示装置および表示方法に関するものであり、特に透過型液晶表示装置のバックライト光源の分割点灯（ローカルディミング）技術に関するものである。

　液晶表示装置は、透過型の場合、照明装置（以下「バックライト」という）により照明光を液晶表示素子（以下「液晶パネル」という）の背面に照射し、液晶表示素子により照明光の透過率を変調することにより輝度変化を生じさせ、画像を表示する。プロジェクタでは、反射型の液晶表示素子を用いるものがあるが、透過型との相違点は、透過率が反射率に変わることだけである。

　通常の液晶表示装置は、入力される映像信号の表示内容と無関係に、画面全体を最大輝度で発光する。しかし、バックライトの消費電力が液晶表示装置全体の消費電力に占める割合は大きく、消費電力の無駄が多い。また、液晶パネルは光を完全に遮断することが出来ないため、完全な黒を再現出来ず、表示画像は、黒浮きによりコントラストの低い画像になる。

　これらの課題を改善するため、バックライトの発光輝度を表示内容に応じて動的に変化させる技術があるが、映像信号の画面中に少しでも明るい部分があればバックライトの発光輝度を落とすことができないため、大きな効果は得られない。そこで、画面を複数（２～数１００程度）の発光領域に分割し、入力される映像信号における各発光領域に対応する表示内容に応じて当該発光領域の発光輝度を変化させる手法（以下ローカルディミングという）がある（例えば特許文献１参照）。

　ローカルディミングは、特定の発光領域内に明るい画素がなければ、他の発光領域に明るい画素があったとしても、その特定の発光領域のバックライトの発光輝度を低下させることができるため、効率的に電力を削減することができる。また、画像中の暗い領域に属する発光領域では、バックライトの発光輝度が低く抑えられるため、その発光領域内の画素の黒浮きが押さえられ、高コントラストの表示が可能になるという効果も併せ持つ。

　しかし、このローカルディミングの一般的な問題点として、発光領域毎にバックライトの発光輝度を変化させると、それに伴い表示画像の輝度が変化することがある。これに対しては、輝度の変化量を予測して画像データを補正することにより課題改善を図る技術が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

　上記の技術は、映像信号に含まれる画素毎に、バックライトの発光輝度を正確に知ることが必要になる。バックライトが発光する照明光は広範囲に拡散するため、バックライトの発光輝度を画素毎に正確に予測することは、多くの演算量を必要とするだけでなくアルゴリズム的にも現実には極めて難しく、実施は容易でない。しかし、コストと手間をかければ原理的には実現可能な技術である。

　ここで、バックライトの発光輝度を画素毎に正確に予測できた場合における、映像信号の各画素の透過率の補正動作について説明する。画素毎のバックライトの発光輝度を推定できると、（数式１）により、補正後の透過率を算出できる。

　　（数式１）
　（補正透過率）＝（透過率）＊（最大光量）／（推定される着目画素におけるバックライトの発光輝度値）

　ところが、高輝度領域の端の画素における背面光量は、バックライトの発光輝度が低輝度領域へ拡散するため低下する。元々、高輝度領域の画素であるため透過率は最大に近い値に設定されていることが予想される。この場合、上記式により補正後の透過率は１以上に設定される。しかし、透過率が１以上に設定することは、物理的に不可能であるため、現実には所定の最大透過率に制限せざるを得ない。そのため、高輝度領域の端の画素では輝度低下を起こし、輝度ムラ、コントラスト低下およびハロー（低輝度物体の周りの高輝度領域に生じる低輝度物体の影）などの画像劣化が生じる。

　また同様に、黒領域の端の画素については、隣接する発光領域のバックライトの発光輝度が拡散してくるため当該画素の背面光量が上昇する。しかし、最小透過率には制限があり、透過率をさらに下げて補正することが物理的に不可能であるため、現実には最小透過率に制限せざるをえない。その結果、黒領域の端の画素の輝度が上昇し、輝度ムラ、黒浮き、コントラスト低下およびハロー（高輝度物体の周りの黒領域に生じる高輝度物体のにじみ）などの画質劣化が生じる。

　上記課題は、バックライトの発光輝度の予測をどれだけ正確に行っても、物理的なデバイス特性に起因する改善困難な課題である。

特開２００５－２５８４０３号公報特開２００２－０９９２５０号公報

　上記のように、画素毎のバックライトの発光輝度が正確に予測できたとしても、暗い領域に隣接した明るい領域の端に属する画素などでは、要求される輝度よりもバックライトの発光輝度が低いということが生じ、物理的なデバイス特性を超える場合がある。これらの画素の輝度は低下し、その結果、明るい領域の輝度ムラ、あるいは明るい領域と暗い領域との間のコントラスト低下が生じる。

　また、明るい領域に隣接した黒領域の端の画素については、隣接する発光領域のバックライトの発光輝度が拡散してくるため当該画素の背面光量が上昇する。しかし最小透過率には制限があるため透過率をさらに下げて補正することが物理的に不可能であるため、現実には最小透過率に制限せざるを得ず、その結果、黒領域の端の画素の輝度が上昇し、輝度ムラ、黒浮き、コントラスト低下するという課題がある。

　また、「暗い前景を囲む明るい背景の境界が暗くなる」や「明るい前景を囲む暗い背景の境界が明るくなる」という現象は、ハローと呼ばれ大きな画質劣化になる。さらに動画では、背景のハローが上記前景の動きについてくるためさらに顕著な画質劣化として認識される。

　本発明の目的は、表示装置のローカルディミング技術において、表示デバイスの物理的な制約による輝度ムラあるいは部分的なコントラスト低下による画質劣化を、人間の視覚特性を用いて補償することができる表示装置および表示方法を提供することである。

　本発明の表示装置は、照明光を光変調係数に応じて変調して画面に画像を表示する光変調部と、前記画面の発光領域毎に異なる照射光量で照明光を前記光変調部に照射する照射部と、前記照射部における発光輝度を発光領域毎に制御する制御部と、映像信号に階調変換の処理を施して変換後の輝度値を画素毎に取得する変換部と、取得された変換後の輝度値を基に前記光変調係数を画素毎に制御する駆動部と、を有し、前記変換部は、前記映像信号内の処理対象画素に対して、前記処理対象画素の周囲明度が高いほど前記処理対象画素の輝度値を低くする変換特性を設定し、設定された変換特性を用いて階調変換を行う。

　本発明によれば、表示装置のローカルディミング技術において、表示デバイスの物理的な制約による輝度ムラあるいは部分的なコントラスト低下による画質劣化を、人間の視覚特性を用いて補償することができる。

本発明の実施の形態１における画像表示装置の構成を示すブロック図本発明の実施の形態１における局所階調変換部の具体的な構成を示すブロック図本発明の実施の形態１における動的階調補正部における階調変換特性の設定方法を説明するための図本発明の実施の形態１における液晶パネルの透過率を設定する動作を示すフローチャート本発明の実施の形態１におけるバックライトの発光輝度を設定する動作を示すフローチャート図６Ａは、本発明の実施の形態１における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、入力される映像信号の輝度値を示す図、図６Ｂは、本発明の実施の形態１における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、バックライトの輝度を示す図、図６Ｃは、本発明の実施の形態１における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、周囲明度を示す図、図６Ｄは、本発明の実施の形態１における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルの透過率を示す図、図６Ｅは、本発明の実施の形態１における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルにおける制御された表示輝度を示す図、図６Ｆは、本発明の実施の形態１における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルにおける視覚上の輝度を示す図映像信号内の画素と区間ＢＬＫ１～５との関係を示す図本発明の実施の形態２における画像表示装置の構成を示すブロック図図９Ａは、本発明の実施の形態２における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、入力される映像信号の輝度値を示す図、図９Ｂは、本発明の実施の形態２における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、バックライトの輝度を示す図、図９Ｃは、本発明の実施の形態２における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、周囲明度を示す図、図９Ｄは、本発明の実施の形態２における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルの透過率を示す図、図９Ｅは、本発明の実施の形態２における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルにおける制御された表示輝度を示す図、図９Ｆは、本発明の実施の形態２における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルにおける視覚上の輝度を示す図本発明の実施の形態３における階調変換特性を示す図図１１Ａは、本発明の実施の形態３における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、入力される映像信号の輝度値を示す図、図１１Ｂは、本発明の実施の形態３における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、バックライトの輝度を示す図、図１１Ｃは、本発明の実施の形態３における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、周囲明度を示す図、図１１Ｄは、本発明の実施の形態３における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルの透過率を示す図、図１１Ｅは、本発明の実施の形態３における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルにおける制御された表示輝度を示す図、図１１Ｆは、本発明の実施の形態３における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルにおける視覚上の輝度を示す図本発明の実施の形態４における画像変換装置の構成を示すブロック図図１３Ａは、本発明の実施の形態４における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、入力される映像信号の輝度値を示す図、図１３Ｂは、本発明の実施の形態４における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、バックライトの輝度を示す図、図１３Ｃは、本発明の実施の形態４における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、周囲明度を示す図、図１３Ｄは、本発明の実施の形態４における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルの透過率を示す図、図１３Ｅは、本発明の実施の形態４における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルにおける制御された表示輝度を示す図、図１３Ｆは、本発明の実施の形態４における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための、液晶パネルにおける視覚上の輝度を示す図

　以下、本発明の実施の形態における画像表示装置および画像表示方法について図面を参照しながら説明する。

　本実施の形態における表示装置は、入力される映像信号の表示装置であって、画素毎に光の透過率を制御可能な液晶パネルと、前記液晶パネルの背面に対し、当該液晶パネルの発光領域毎に異なる照射光量で照明するバックライト部と、前記バックライト部における発光輝度を、前記発光領域毎に制御する制御部と、前記入力された映像信号内の画素が有する信号値を、階調変換特性を用いて階調変換する階調変換部と、階調変換後の信号値を基に前記透過率を制御する液晶パネル駆動部と、を備え、前記階調変換部は、前記入力された映像信号の画素のうち処理対象である画素のコントラストを、当該処理対象の画素周囲における画素に対して強調する変換特性と、当該変換対象である画素の周囲に配設される複数の画素が有する信号値を用いて得られる当該処理対象の画素周囲における平均的な明るさに応じて当該処理対象である画素の明るさを変換する変換特性と、を有する階調変換特性を設定する特徴を有する。

　また、前記階調変換特性は、前記周囲明度信号に処理対象の画素の周囲が暗いほど当該処理対象の画素を明るく変換する変換特性を有する階調変換特性を設定し、当該変換処理対象の画素の周囲が明るいほど当該変換処理対象の画素を暗く変換する変換特性を有する階調変換特性を設定する特徴を有する構成にしても構わない。

　さらに、前記表示装置はさらに、前記入力された映像信号内の画素の信号値のうち、前記階調変換部における処理対象の画素の周囲の複数の画素が有する信号値を用いて、当該処理対象の画素周囲における平均的な明るさを示す情報である周囲明度信号を生成する周囲明度検出部を備える構成にしても構わない。

　また、前記表示装置はさらに、前記入力された映像信号内の画素の信号値のうち、前記階調変換部における処理対象の画素の周囲の複数の画素が有する信号値を用いて得られる当該処理対象の画素周囲における平均的な明るさを示す周囲明度信号を生成する周囲明度検出部を備え、前記階調変換部は、前記処理対象の画素周囲における平均的な明るさとして前記周囲明度信号を用いる特徴を備える構成にしても構わない。

　また、前記表示装置はさらに、前記入力された映像信号内の画素の信号値のうち、前記階調変換部における処理対象の画素の周囲の複数の画素が有する信号を基に得られるヒストグラムを生成するとともに、当該ヒストグラムを前記階調変換部に出力する局所ヒストグラム検出部を備え、前記階調変換部は、前記処理対象の画素周囲における平均的な明るさとして前記ヒストグラムを用いる特徴を備える構成にしても構わない。

　また、前記局所階調変換特性はさらに、前記映像信号の信号値のうち中間調の明るさを向上させる変換特性を備える構成にしても構わない。

　また、前記バックライト制御部は、階調補正後の映像信号の信号値を基に、前記発光領域毎の発光輝度を制御する構成にしても構わない。

　（実施の形態１）
　次に、本実施の形態１における画像表示装置を図面を参照しながら説明する。

　図１は、本実施の形態１における画像表示装置の構成を示すブロック図である。

　本実施の形態１における画像表示装置は、表示部１１、制御部１２、駆動部１３、光量推定部１４、および映像補正部１５を有する。さらに、表示部１１は、液晶パネル１０１、バックライト１０２、および光拡散シート１０３を有する。また、制御部１２は、局所階調変換部１０４、およびバックライト制御部１０６を有する。また、駆動部１３は、液晶パネル駆動部１０５、およびバックライト駆動部１０７を有する。

　＜液晶パネル１０１＞
　液晶パネル１０１は、その背面に照射された照明光を、液晶パネル駆動部１０５から入力される制御信号に応じて変調することにより、その表面である画面に画像を表示する。

　また、液晶パネル１０１は、ガラス基板に液晶層を挟み込んだ構成を有しており、ゲートドライバ（図示せず）およびソースドライバ（図示せず）などによって、各画素に対応する液晶層に信号電圧が与えられて透過率が制御される。液晶パネル１０１が有するゲートドライバおよびソースドライバには、液晶パネル駆動部１０５から制御信号が与えられる。

　また、液晶パネル１０１は、ＩＰＳ（Ｉｎ　Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式を用いている。ＩＰＳ方式は、液晶分子がガラス基板と平行に回転するシンプルな動きにより、広視野角で、見る方向による色調変化、および全階調での色調変化が少ないといった特徴を有する。

　なお、液晶パネル１０１は、光変調を行うデバイスであればどのようなものを利用してもよく、例えば光変調の他方式としてＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式などを用いても良い。

　すなわち、液晶パネル１０１は、非自発光型表示デバイスの一種であり、本発明の表示部としては、別の種類の非自発光型表示デバイスを代用することもできる。したがって、本発明の画像表示装置は、液晶表示装置に限定されるものではない。また、透過率は、表示デバイスが液晶パネルである場合に用いられる、画素毎の映像信号に対応して決められる光変調係数であるため、使用する表示デバイスが液晶パネルでない場合は別の光変調係数が用いられ得る。

　＜バックライト１０２＞
　バックライト１０２は、画像を表示させるための照明光を、液晶パネル１０１の背面に向けて照射する。

　バックライト１０２は、光源を有する。バックライト１０２は、バックライト駆動部１０７から出力される制御信号に基づいて、少なくとも１つ以上の光源を単位とする発光領域を基本単位として制御する。つまり、発光領域はバックライト駆動部１０７からの制御信号を基にそれぞれ独立して制御されるため、発光領域毎に異なる発光輝度の光を照射することが出来る。それぞれの発光領域は、液晶パネル１０１の画像表示領域と対向して設けられており、対向する画像表示領域をそれぞれ主として照射する。ここで、「主として照射する」としたのは、対向していない画像表示領域にも一部の照明光が照射されることがあるためである。

　ここで、光源は白色光を発するＬＥＤを用いる。なお、光源は、直接白色光を発するものに限られない。例えばＲＧＢの光を混色して白色を発するものであっても構わない。また、青の発光ダイオードと黄色の蛍光体を組み合わせたものでも良い。また、別の種類の光源（例えば、半導体レーザ光源または有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）光源等）をＬＥＤの代わりに使用しても良い。

　＜光拡散シート１０３＞
　光拡散シート１０３は、液晶パネル１０１とバックライト１０２との間に配置されており、バックライト１０２から照射される照明光が液晶パネル１０１に対して均一となるように、当該照明光を拡散する。

　＜局所階調変換部１０４＞
　局所階調変換部１０４は、入力される映像信号の部分領域毎にそれぞれ異なる階調変換特性を設定すると共に、設定した階調変換特性に応じて当該部分領域毎の輝度値の変換処理を行う。

　なお、部分領域とは、少なくとも１つ以上の画素を含むとともに、入力される映像信号の全領域に対する一部の領域を示す。つまり、部分領域は、入力される映像信号が有する１つの画素であっても構わないし、複数の画素をまとめたものであっても構わない。また、バックライト１０２におけるローカルディミングの制御単位である発光領域を部分領域としても構わないし、複数の当該発光領域を部分領域としても構わない。

　図２は、本実施の形態１における局所階調変換部１０４の具体的な構成を示す図である。局所階調変換部１０４は、周囲明度検出部２０１、および動的階調補正部２０２を有する。以下、説明の便宜上、周囲明度検出部２０１および動的階調補正部２０２においては、画素毎に処理が行われるものとする。さらに、周囲明度検出部２０１および動的階調補正部２０２において変換処理の対象となっている画素を、変換画素と称す。

　＜周囲明度検出部２０１＞
　周囲明度検出部２０１は、変換画素の周囲に隣接する画素が有する輝度値を基に、当該変換画素毎に周囲明度ＵＳを算出し、算出した周囲明度ＵＳを示す周囲明度信号を生成する。さらに、周囲明度検出部２０１は、生成した周囲明度信号を動的階調補正部２０２に出力する。ここで、周囲明度ＵＳは、変換画素の周囲における平均的な明るさである。この周囲明度ＵＳが変換画素の輝度値よりも小さい場合は、当該変換画素が周囲よりも明るいことを示す。一方、周囲明度ＵＳが変換画素の輝度値よりも大きい場合は、当該変換画素が周囲よりも暗いことを示す。

　具体的に、周囲明度検出部２０１は、変換画素の周囲に配設される画素の輝度値に対して、２次元のローパルフィルタまたは１次元のローパスフィルタ等を用いてフィルタ処理を行う。このローパスフィルタのフィルタ特性は、バックライト１０２における光学的な光の広がりの程度と概略一致させると良い。また、フィルタは、演算量を減らすためＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ　Ｉｍｐｕｌｓｅ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで構成しても構わない。

　なお、部分領域としてバックライト１０２の発光領域を用いる場合は、１つの発光領域に含まれる画素の輝度値の平均値を当該発光領域の代表値として使用する。例えば、１９２０×１０８０画素の映像信号を、６×６の発光領域に分割して制御する場合、１つの発光領域には３２０×１８０画素が含まれていることになる。よって、３２０×１８０画素が有する輝度値の平均値を、１つの発光領域における輝度値として取り扱う。

　また、周囲明度検出部２０１は、変換画素毎に周囲明度信号を生成し、動的階調補正部２０２に出力しても構わない。さらに、映像信号に含まれる全ての変換画素について周囲明度信号を生成した後、動的階調補正部２０２に周囲明度信号を出力しても構わない。

　＜動的階調補正部２０２＞
　動的階調補正部２０２は、周囲明度検出部２０１において算出された周囲明度ＵＳを基に、変換画素毎に動的に階調変換特性を設定し、当該変換画素が有する輝度値ＩＳを変換し、輝度値ＯＳを生成する。さらに、動的階調補正部２０２は、変換後の輝度値ＯＳを映像補正部１５に出力する。

　上記「動的」は変換画素毎に階調変換特性が変化することを意味する。これは、変換画素毎に周囲明度ＵＳが変化していくためである。

　なお、動的階調補正部２０２は、人間の視覚が無意識に行う視覚特性、特に明暗対比および色対比と呼ばれる視覚特性を真似た変換特性を設定し、その変換特性に従って変換を行う。この視覚特性としては、ある点の明るさが物理的には変化していなくとも、周りが明るいときは暗く知覚され、周りが暗いときは明るく知覚されるという明暗対比と呼ばれる視覚特性を利用している。このとき視覚は、着目する画素の周囲の比較的広い近傍（局所領域）との対比によりコントラスト感を感じる。即ち、視覚は局所コントラストをコントラスト感として認識している。ここで、局所コントラストとは入力される映像信号の全領域に対する一部の領域における局所的なコントラストである。

　また、映像信号の視覚上の明るさは、上記局所的な輝度変化によらず映像信号全体の低周波成分の階調レベルで決まる。なお、視覚上の輝度とは、使用者が液晶パネルを視認した際に知覚する見かけの輝度であり、実際の信号に規定される輝度値とは異なるものである。

　ここで、動的階調補正部２０２における周囲明度ＵＳに基づく階調変換特性の設定方法に関して、図面を参照しながら説明する。

　図３は、実施の形態１における動的階調補正部２０２における階調変換特性の設定方法を説明するための図である。

　図３に示されるグラフの横軸は、変換画素が有する輝度値ＩＳであり、縦軸は動的階調補正部２０２から出力される変換後の輝度値ＯＳである。なお、横軸および縦軸の両方とも、輝度値の最大値を１としている。

　さらに、図中の複数の曲線３０１から３０８は、周囲明度検出部２０１が出力する周囲明度ＵＳ毎に設定される階調変換特性を示す複数の曲線群である。なお、図３においては、説明の便宜上、８つの階調変換特性のみ図示したが、より精密な階調補正を可能とするためには、さらに多数の階調変換特性を設定することが好ましい。

　動的階調補正部２０２が周囲明度ＵＳに応じて適切な曲線を選択することによって、人間の視覚特性を表現することが可能となる。

　周囲明度ＵＳが小さく（暗く）なるに従い、曲線３０８から曲線３０１へと、動的階調補正部２０２により選択される曲線が推移する。つまり、変換画素の輝度値ＩＳを固定したと仮定すると、変換画素の周囲が暗くなるに従い、変換後の輝度値ＯＳは大きな値（明るく）になっていく。

　逆に、周囲明度ＵＳが大きく（明るく）なるに従い、曲線３０１から曲線３０８へと、動的階調補正部２０２により選択される曲線が推移する。つまり、変換画素の輝度値ＩＳを固定したと仮定すると、変換画素の周囲が明るくなるに従い、変換後の輝度値ＯＳは小さな値（暗く）になる。

　この変換特性は、人間の視覚特性である「明暗対比」を直接表現したものであり、入力される輝度値ＩＳを所定のレベルに固定したと仮定すると、補正後の輝度値ＯＳは、周囲明度ＵＳに対して単調減少特性を有すると表現できる。

　ここで、図３に示される●を結んだ直線について説明する。

　人間が視覚する輝度は、映像信号の細部の輝度変換ではなく、比較的広い範囲の平均的な明るさで認識することが知られている。したがって、映像信号における視覚上の輝度は、図３においてＩＳ＝ＵＳとしたときのＩＳに対するＯＳの特性で表現できる（ＩＳ＝ＵＳは広い範囲の平均的な明るさを意味する）。

　この●を結んだ直線は、図３の場合、原点を通る傾き１の直線であるので、視覚上の輝度を変化させない特性を表現している。曲線３０１～３０８は、このように決定された直線上の１点を通り、かつ周囲明度ＵＳが減少するに従い、補正後の輝度値ＯＳが増加するように設定される。

　図３においては、周囲明度ＵＳを固定したときの、入力される輝度値ＩＳに対する補正後の輝度値ＯＳの変化は、下に凸の曲線になっている。これは、輝度値ＩＳの変化の比に対して補正後の輝度値ＯＳの変化の比を拡大させる特性であり、視覚的なコントラスト感を強調するものである。したがって、明るさ感は変化させずに、人間がコントラスト感を感じる局所コントラストを強調する特性を有する。

　なお、図３に示す曲線群は、予め設定されるものであっても構わないし、入力される映像信号に応じて設定されるものであってもかまわない。予め設定される場合、この曲線群は、動的階調補正部２０２の内部メモリ（図示せず）に保持される。

　＜バックライト制御部１０６＞
　バックライト制御部１０６は、入力される映像信号を基に、バックライト１０２の発光領域毎に、当該バックライト１０２の発光輝度を規定する制御信号を生成し、この制御信号をバックライト駆動部１０７および光量推定部１４に出力する。

　具体的にバックライト制御部１０６は、発光領域の輝度値を、当該発光領域に含まれる画素の輝度値を基に算出する。例えば、上記発光領域に含まれる画素の輝度値のうち最大の輝度値を発光領域の輝度値としても構わない。また、発光領域に含まれる画素が有する輝度値の平均値と、当該発光領域に含まれる画素が有する輝度値の最大値と、のそれぞれの値に対して重み付けを行ない、その重み付け結果の合成値を発光領域の輝度値としても構わない。ここで、重み付けに用いる重みは、平均値と最大値との差が大きいほど、平均値の重みを増やし、平均値と最大値との差が小さいほど、最大値の重みを増やすように設定される。この特性により、発光領域に含まれる最大値に対して過敏に反応することなく、フリッカなどの少ない適切なバックライトの発光輝度を設定することが可能になる。

　さらにバックライト制御部１０６は、上記のように算出した発光領域の輝度値に対して、隣接する発光領域との境界を目立たなくするため、フィルタ処理を行なう。具体的には、発光領域に対して、２次元のローパスフィルタを用いてフィルタ処理を行う。

　そして、フィルタ処理後の輝度値を基に、実際にバックライト１０２を発光させる制御信号を生成する。

　なお、バックライト１０２の発光輝度の決定には、従来から提案されている様々な手法のうち何れを使用することも可能である。上記の発光領域内の画素が有する輝度値、またはＲＧＢの最大値、平均値若しくは最大値と平均値とを混合した値などを基準にして、バックライト１０２の発光輝度を発光領域毎に決定することもできる。また、発光領域の発光輝度を、その発光領域内の画素だけでなく周囲の発光領域の画素を参照して決定しても良い。また、前のフレームまたは前のフィールドの情報、および動きベクトルを加味して、発光輝度を決定しても良い。この場合、エッジのちらつきおよびフリッカの少ないローカルディミング制御を実現することができる。

　＜バックライト駆動部１０７＞
　バックライト駆動部１０７は、バックライト制御部１０６から出力される制御信号を基に、バックライト１０２を発光領域毎に制御する制御信号を生成し、この制御信号をバックライト１０２に出力する。

　＜光量推定部１４＞
　光量推定部１４は、バックライト制御部１０６から入力される制御信号に基づいて、液晶パネル１０１の背面に到来する照明光の輝度（以下、説明の便宜上「背面輝度」という）の推定値を画素毎に推定する。光量推定部１４は、画素毎の背面輝度の推定値を映像補正部１５に出力する。

　＜映像補正部１５＞
　映像補正部１５は、局所階調変換部１０４から入力される補正後の輝度値ＯＳを、光量推定部１４から入力される背面輝度の推定値に基づいて、画素毎に補正する。以下、説明の便宜上、この補正によって得られる輝度値を「再補正後の輝度値ＯＳ’」という。ある画素についての再補正後の輝度値ＯＳ’は、その画素についての補正後の輝度値ＯＳをその画素についての背面輝度の推定値で除算することによって、取得することができる。映像補正部１５は、再補正後の輝度値ＯＳ’を液晶パネル駆動部１０５に出力する。

　前述のとおり輝度値の再補正では、背面輝度の推定値で補正後の輝度値ＯＳを除算することによって再補正後の輝度値ＯＳ’を取得する。よって、中間調の場合に、背面輝度の推定値に応じて輝度値を向上させ、ひいては液晶パネル１０１の透過率を上昇させることができるため、バックライト制御部１０６のローカルディミング制御に起因する表示輝度低下を補償することができる。

　＜液晶パネル駆動部１０５＞
　液晶パネル駆動部１０５は、局所階調変換部１０４から入力される補正後の輝度値ＯＳを基に、液晶パネル１０１における各画素の透過率を制御する制御信号を生成し、この制御信号を液晶パネル１０１に出力する。

　次に、画像表示装置の制御部１２における動作に関して図面を参照しながら説明する。

　図４は、本実施の形態１における液晶パネル１０１の透過率を設定する動作を示すフローチャートである。

　まず、周囲明度検出部２０１は、入力される映像信号の画素毎に周囲明度を算出し、算出した周囲明度を示す周囲明度信号を生成する（Ｓ１００１）。

　次に、動的階調補正部２０２は、周囲明度を基に、予め内部に格納されている複数の階調変換特性から一つの階調変換特性を選択する（Ｓ１００２）。

　さらに、動的階調補正部２０２は、Ｓ１００２において選択した階調変換特性を用いて、当該変換画素の輝度値を変換する（Ｓ１００３）。

　これを映像信号に含まれる画素全てに対して行うことで、入力される映像信号を、明暗対比の特性を考慮した映像信号に変換することが可能となる。

　図５は、本実施の形態１におけるバックライト１０２の発光輝度を設定する動作を示すフローチャートである。

　まず、バックライト制御部１０６は、入力される映像信号を、例えば、３２０×１８０画素等の発光領域毎に分割する（Ｓ２００１）。

　次に、バックライト制御部１０６は、発光領域内に含まれる画素が有する輝度値を基に、当該発光領域の輝度値を算出する。例えば、当該発光領域に含まれる画素の輝度値のうち、最大輝度値を当該発光領域の輝度値とする（Ｓ２００２）。

　そして、バックライト制御部１０６は、発光領域毎の輝度値を基に、ローパスフィルタを用いたフィルタ処理を行ない、発光領域の輝度値と、当該発光領域の周囲に配設される発光領域の輝度値と、を考慮にいれた輝度値を算出する（Ｓ２００３）。

　最後に、バックライト制御部１０６は、Ｓ２００３で算出した発光領域毎の輝度値をバックライト駆動部１０７に出力する（Ｓ２００４）。

　図６Ａ～図６Ｆは、本実施の形態１における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための図である。なお、図６Ａ～図６Ｆの横軸は、映像信号の水平方向に連続する画素であり、説明の便宜上、５つの区間ＢＬＫ１～５に分けて記載している。つまり、区間ＢＬＫ１～５にはそれぞれ複数の画素が含まれている。図７は、映像信号内の画素と区間ＢＬＫ１～５との関係を示す図である。図７に示す例では、区間ＢＬＫ１～５は水平方向に連続して配設されており、区間ＢＬＫ１～５にはそれぞれ５つの画素が含まれている。また、区間（ＢＬＫ）単位でバックライト１０２の輝度が制御されるものとする。

　図６Ａは、入力される映像信号の区間ＢＬＫ１～５における画素の輝度値を示す図である。図６Ｂは、バックライト１０２の輝度を示す図である。図６Ｃは、入力される映像信号の区間ＢＬＫ１～５における画素の周囲明度を示す図である。図６Ｄは、液晶パネル駆動部１０５から出力される制御信号が規定する液晶パネル１０１の透過率を示す図である。図６Ｅは、液晶パネル１０１における制御された表示輝度を示す図である。図６Ｆは、液晶パネル１０１における視覚上の輝度を示す図である。

　図６Ｂにおいて、点線は、バックライト駆動部１０７から出力される制御信号が規定する発光領域毎のバックライト１０２の発光輝度を示す。実線は、液晶パネル１０１の背面輝度を示している。すなわち、バックライト１０２は、制御信号に従って区間毎に定められた輝度で照明光を発光するが（図６Ｂの点線）、その照明光は、例えば光拡散シート１０３の作用により拡散する。そのため、例えば区間ＢＬＫ２、３のように、隣接する区間の間でバックライト１０２の発光輝度に差がある場合、液晶パネル１０１の背面に実際に到来する照明光の輝度（背面輝度）は画素毎に異なる（図６Ｂの実線）。本実施の形態１では、画素毎の背面輝度は光量推定部１４により推定される。

　また、図６Ａに示すように、入力される映像信号の輝度値が一定でない場合は、輝度値の変化が生じている部分（例えば区間ＢＬＫ２）およびその周辺（例えば区間ＢＬＫ１）において、周囲明度が画素毎に異なる（図６Ｃ）。

　このように、ある画素の輝度値とその周囲明度との間に差（つまり局所コントラスト）がある場合は、局所階調変換部１０４により、前述の階調変換特性を用いてその差を強調する階調補正（輝度値の変換処理）が、その画素について（つまり局所的に）行われる。

　例えば区間ＢＬＫ２内の中央部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも小さいことが、図６Ａと図６Ｃを対比すると分かる。よって、この部分の各画素については、輝度値をより小さくする階調補正が行われ、補正後の輝度値を基に決まる液晶パネル１０１の透過率は、図６Ｄにおいて左側の円で囲まれているように、周囲が明るいほど低くなる。

　例えば区間ＢＬＫ１、２の境界付近部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも大きい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより大きくする階調補正が行われるはずである。しかし、この部分の各画素の輝度値は既に、設定可能範囲内の最大値となっており、輝度値をさらに大きくするような階調補正は、たとえ計算上可能であったとしても物理的には実現不可能である。すなわち、この部分の各画素については、透過率は、液晶パネル１０１で実現可能な範囲から逸脱してさらに高くなること（図６Ｄにおいて点線で示されている現象）はなく、最大値に維持される。

　例えば区間ＢＬＫ４の左側部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも大きい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより大きくする階調補正が行われ、補正後の輝度値を基に決まる液晶パネル１０１の透過率は、図６Ｄにおいて右側の円で囲まれているように、周囲が暗いほど高くなる。

　例えば区間ＢＬＫ４の中央部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも小さい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより小さくする階調補正が行われるはずである。しかし、この部分の各画素の輝度値は既に、設定可能範囲内の最小値であり、輝度値をさらに小さくするような階調補正は、たとえ計算上可能であったとしても物理的には実現不可能である。すなわち、この部分の各画素については、透過率は、液晶パネル１０１で実現可能な範囲から逸脱してさらに低くなること（図６Ｄにおいて点線で示されている現象）はなく、最小値に維持される。

　さらに、本実施の形態１では、背面輝度（図６Ｂ）が推定され、この推定値に基づいて補正後の輝度値が再補正される。輝度値の再補正では、中間調の場合に、背面輝度の推定値に応じて輝度値が向上するような処理が行われる。このため、再補正後の輝度値に対応する液晶パネル１０１の透過率（図６Ｄ）は、入力される映像信号の輝度値が中間調である領域では、全体的に上昇する。

　液晶パネル１０１における表示輝度（図６Ｅ）は、図６Ｂにおいて実線で示す背面輝度（つまり液晶パネル１０１の背面に実際に到来する照明光の輝度）と、図６Ｄにおいて実線で示す透過率との積である。

　よって、図６Ｅに示すように、例えば区間ＢＬＫ２においては、暗い領域に面する明るい領域の端の輝度が、背面輝度の低下により低下するが、その分だけ、明るい領域に面する暗い領域の端の輝度も、階調補正の効果により低下する。このとき、使用者の視覚に生じる明暗対比の効果により明るい領域の輝度低下が補償され、その領域の輝度が本来のレベル（最大値）に保持されているように使用者に知覚させることができる（区間ＢＬＫ２の上向きの矢印）。

　さらに、例えば区間ＢＬＫ４においては、明るい領域に面する暗い領域の端の輝度が、背面輝度の上昇により上昇する（つまり、現象としては黒浮きが発生する）が、その分だけ、暗い領域に面する明るい領域の端の輝度も、階調補正の効果により上昇する。このとき、使用者の視覚に生じる明暗対比の効果により暗い領域の輝度上昇が補償され、その領域の輝度が本来のレベル（最小値）に保持されているように使用者に知覚させることができる（区間ＢＬＫ４の下向きの矢印）。

　すなわち、透過率が物理的な特性によって表現できない領域では、明暗対比の特性を利用して液晶パネル１０１の発光輝度（図６Ｅ）を設定する。これにより、明るい部分の輝度を保持したまま、黒浮きの現象が知覚されないように輝度を表現（図６Ｆ）することが可能となる。

　さらに、背面輝度の推定値に基づく輝度値の再補正により中間調の輝度値を向上させることで、ローカルディミング制御による輝度低下を補償することができ、これにより、入力された映像信号の輝度値と同等の、液晶パネル１０１の表示輝度を実現することができる。

　以上のように、本実施の形態１によれば、局所階調変換部１０４は、入力される映像信号の輝度値を、人間の視覚特性を用いた階調変換特性によって変換することができる。さらに、液晶パネル駆動部１０５は、局所階調変換部１０４の変換結果を基に、液晶パネル１０１の透過率を制御する制御信号を生成し、当該制御信号を液晶パネル１０１に出力することで、透過率の制御を行うことが出来る。また、バックライト制御部１０６は、バックライト１０２の発光領域毎に発光輝度を規定する輝度値を設定することができる。さらに、バックライト駆動部１０７は、発光領域毎に規定された輝度値を基に、バックライト１０２を発光させる制御信号を生成し、当該制御信号をバックライト１０２に出力することで、バックライト１０２のＬＥＤを発光領域毎に異なる発光輝度で制御することができる。

　特に、本実施の形態１では、上記のように人間の視覚特性を用いた階調変換特性により輝度値の変換を行うため、液晶パネル１０１の物理的な制約による輝度ムラまたは部分的なコントラスト低下による画質劣化を、人間の視覚特性を用いて補償することができる。

　（実施の形態２）
　次に、本実施の形態２における画像表示装置を図面を参照しながら説明する。

　図８は、本実施の形態２における画像表示装置の構成を示すブロック図である。

　本実施の形態２における画像表示装置は、表示部１１、制御部１２、および駆動部１３を有する。さらに、表示部１１は、液晶パネル１０１、バックライト１０２、および光拡散シート１０３を有する。また、制御部１２は、局所階調変換部１０４、およびバックライト制御部１０６を有する。また、駆動部１３は、液晶パネル駆動部１０５、およびバックライト駆動部１０７を有する。

　すなわち、本実施の形態２における画像表示装置は、光量推定部１４および映像補正部１５がない点で、前述の実施の形態１における画像表示装置と相違する。

　また、液晶パネル１０１は、ＩＰＳ方式を用いている。ＩＰＳ方式は、液晶分子がガラス基板と平行に回転するシンプルな動きにより、広視野角で、見る方向による色調変化、および全階調での色調変化が少ないといった特徴を有する。

　なお、液晶パネル１０１は、光変調を行うデバイスであればどのようなものを利用してもよく、例えば光変調の他方式としてＶＡ方式などを用いても良い。

　ここで、光源は白色光を発するＬＥＤを用いる。なお、光源は、直接白色光を発するものに限られない。例えばＲＧＢの光を混色して白色を発するものであっても構わない。また、別の種類の光源（例えば、半導体レーザ光源または有機ＥＬ光源等）をＬＥＤの代わりに使用しても良い。

　局所階調変換部１０４の具体的な構成は、実施の形態１において図２を用いて説明したとおりである。

　＜バックライト制御部１０６＞
　バックライト制御部１０６は、入力される映像信号を基に、バックライト１０２の発光領域毎に、当該バックライト１０２の発光輝度を規定する制御信号を生成し、この制御信号をバックライト駆動部１０７に出力する。

　画像表示装置の制御部１２において行われる、液晶パネル１０１の透過率を設定する動作は、実施の形態１において図４を用いて説明したとおりである。また、画像表示装置の制御部１２において行われる、バックライト１０２の発光輝度を設定する動作は、実施の形態１において図５を用いて説明したとおりである。

　図９Ａ～図９Ｆは、本実施の形態２における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための図である。なお、図９Ａ～図９Ｆの横軸は、映像信号の水平方向に連続する画素であり、説明の便宜上、５つの区間ＢＬＫ１～５に分けて記載している。つまり、区間ＢＬＫ１～５にはそれぞれ複数の画素が含まれている。映像信号内の画素と区間ＢＬＫ１～５との関係は、実施の形態１において図７を用いて説明したとおりである。また、区間（ＢＬＫ）単位でバックライト１０２の輝度が制御されるものとする。

　図９Ａは、入力される映像信号の区間ＢＬＫ１～５における画素の輝度値を示す図である。図９Ｂは、バックライト１０２の輝度を示す図である。図９Ｃは、入力される映像信号の区間ＢＬＫ１～５における画素の周囲明度を示す図である。図９Ｄは、液晶パネル駆動部１０５から出力される制御信号が規定する液晶パネル１０１の透過率を示す図である。図９Ｅは、液晶パネル１０１における制御された表示輝度を示す図である。図９Ｆは、液晶パネル１０１における視覚上の輝度を示す図である。

　図９Ｂにおいて、点線は、バックライト駆動部１０７から出力される制御信号が規定する発光領域毎のバックライト１０２の発光輝度を示す。実線は、液晶パネル１０１の背面輝度を示している。すなわち、バックライト１０２は、制御信号に従って区間毎に定められた輝度で照明光を発光するが（図９Ｂの点線）、その照明光は、例えば光拡散シート１０３の作用により拡散する。そのため、例えば区間ＢＬＫ２、３のように、隣接する区間の間でバックライト１０２の発光輝度に差がある場合、液晶パネル１０１の背面に実際に到来する照明光の輝度は画素毎に異なる（図９Ｂの実線）。なお、本実施の形態２では、実施の形態１と異なり、画素毎の背面輝度の推定は行われない。

　また、図９Ａに示すように、入力される映像信号の輝度値が一定でない場合は、輝度値の変化が生じている部分（例えば区間ＢＬＫ２）およびその周辺（例えば区間ＢＬＫ１）において、周囲明度が画素毎に異なる（図９Ｃ）。

　例えば区間ＢＬＫ２内の中央部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも小さいことが、図９Ａと図９Ｃを対比すると分かる。よって、この部分の各画素については、輝度値をより小さくする階調補正が行われ、補正後の輝度値を基に決まる液晶パネル１０１の透過率は、図９Ｄにおいて左側の円で囲まれているように、周囲が明るいほど低くなる。

　例えば区間ＢＬＫ１、２の境界付近部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも大きい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより大きくする階調補正が行われるはずである。しかし、この部分の各画素の輝度値は既に、設定可能範囲内の最大値であり、輝度値をさらに大きくするような階調補正は、たとえ計算上可能であったとしても物理的には実現不可能である。すなわち、この部分の各画素については、透過率は、液晶パネル１０１で実現可能な範囲から逸脱してさらに高くなること（図９Ｄにおいて点線で示されている現象）はなく、最大値に維持される。

　例えば区間ＢＬＫ４の左側部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも大きい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより大きくする階調補正が行われ、補正後の輝度値を基に決まる液晶パネル１０１の透過率は、図９Ｄにおいて右側の円で囲まれているように、周囲が暗いほど高くなる。

　例えば区間ＢＬＫ４の中央部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも小さい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより小さくする階調補正が行われるはずである。しかし、この部分の各画素の輝度値は既に、設定可能範囲内の最小値であり、輝度値をさらに小さくするような階調補正は、たとえ計算上可能であったとしても物理的には実現不可能である。すなわち、この部分の各画素については、透過率は、液晶パネル１０１で実現可能な範囲から逸脱してさらに低くなること（図９Ｄにおいて点線で示されている現象）はなく、最小値に維持される。

　液晶パネル１０１における表示輝度（図９Ｅ）は、図９Ｂにおいて実線で示す背面輝度（つまり液晶パネル１０１の背面に実際に到来する照明光の輝度）と、図９Ｄにおいて実線で示す透過率との積である。

　よって、図９Ｅに示すように、例えば区間ＢＬＫ２においては、暗い領域に面する明るい領域の端の輝度が、背面輝度の低下により低下するが、その分だけ、明るい領域に面する暗い領域の端の輝度も、階調補正の効果により低下する。このとき、使用者の視覚に生じる明暗対比の効果により明るい領域の輝度低下が補償され、その領域の輝度が本来のレベル（最大値）に保持されているように使用者に知覚させることができる（区間ＢＬＫ２の上向きの矢印）。

　すなわち、透過率が物理的な特性によって表現できない領域では、明暗対比の特性を利用して液晶パネル１０１の発光輝度（図９Ｅ）を設定する。これにより、明るい部分の輝度を保持したまま、黒浮きが知覚されないように輝度を表現（図９Ｆ）することが可能となる。なお、本実施の形態ではＢＬＫ３の様な中間レベルの明るさは入力信号よりも暗く表示されることになる。

　以上のように、本実施の形態２によれば、局所階調変換部１０４は、入力される映像信号の輝度値を、人間の視覚特性を用いた階調変換特性によって変換することができる。さらに、液晶パネル駆動部１０５は、局所階調変換部１０４の変換結果を基に、液晶パネル１０１の透過率を制御する制御信号を生成し、当該制御信号を液晶パネル１０１に出力することで、透過率の制御を行うことが出来る。また、バックライト制御部１０６は、バックライト１０２の発光領域毎に発光輝度を規定する輝度値を設定することができる。さらに、バックライト駆動部１０７は、発光領域毎に規定された輝度値を基に、バックライト１０２を発光させる制御信号を生成し、当該制御信号をバックライト１０２に出力することで、バックライト１０２のＬＥＤを発光領域毎に異なる発光輝度で制御することができる。

　特に、本実施の形態２では、上記のように人間の視覚特性を用いた階調変換特性により輝度値の変換を行うため、液晶パネル１０１の物理的な制約による輝度ムラまたは部分的なコントラスト低下による画質劣化を、人間の視覚特性を用いて補償することができる。

　（実施の形態３）
　以下、本実施の形態３について説明をしていく。

　実施の形態２においては、局所階調変換部１０４における動的階調補正部２０２における階調特性を、図３に示す●を結ぶ直線、即ち原点を通る傾き１の直線を基準に設定していた。このように設定した場合、視覚上の輝度は変更せずに局所的なコントラストだけを強調する特性となる。

　しかし、ローカルディミング制御を行う場合、入力される映像信号の輝度値を基に、バックライト１０２の発光領域毎に異なる輝度値が設定される。具体的には、入力される映像信号の輝度値よりも小さい輝度値が設定されることになる。

　そのため、液晶パネル１０１の透過率を、入力される映像信号の輝度値を基に設定した場合、バックライト１０２の発光領域の輝度値が小さくなっているため、液晶パネル１０１で表示される輝度値は、実際に表示したい輝度よりも暗いものとなってしまう。

　そこで、本実施の形態３においては、動的階調補正部２０２における階調変換特性を、映像信号の局所的なコントラストを強調するだけでなく、視覚上の輝度が向上するように設定することを特徴とする。

　上記のように入力される映像信号に規定される輝度値を、視覚上の輝度が向上する階調変換特性を用いて変換することで、ローカルディミング制御を行った結果、バックライト１０２における輝度値が低下した場合であっても、液晶パネルの物理的な制約による輝度ムラや部分的なコントラスト低下による画質劣化だけでなく、ローカルディミング制御をしない映像信号の表示輝度に近い表示輝度で、当該映像信号を表示することが可能となる。

　なお、本実施の形態２と異なるのは、動的階調補正部２０２が保持する階調変換特性のみであり、その他の構成については同様となる。

　以下、動的階調補正部２０２で保持する階調変換特性について説明する。

　図１０は、本実施の形態３における階調変換特性を示す図である。

　実施の形態１において説明したように、映像信号全体の階調変換特性を基準に、各周囲明度ＵＳに対する階調変換特性を設定する。本実施の形態３においては、視覚上の輝度を向上させたいため、図１０に示すように原点を通り傾き１の直線よりも上側となるように映像信号全体の階調変換特性を曲線８０１と設定する。そして、この曲線８０１を基準に周囲明度ＵＳごとの階調変換特性を曲線８０２から曲線８０９として設定する。なお、図１０においては、説明の便宜上、８つの階調変換特性のみ図示したが、より精密な階調補正を可能とするためには、さらに多数の階調変換特性を設定することが好ましい。

　また、動的階調補正部２０２が設定する階調変換特性は、周囲明度ＵＳが小さく（暗く）なるに従い、曲線８０９から曲線８０２へと推移する。つまり、変換画素の輝度値を固定した場合、変換画素の周囲が暗くなるに従い、変換後の輝度値ＯＳは大きな値（明るく）になっていく。

　一方、動的階調補正部２０２が設定する階調変換特性は、周囲明度ＵＳが大きく（明るく）なるに従い、曲線８０２から曲線８０９へと推移する。つまり、変換画素の輝度値を固定した場合、変換画素の周囲が明るくなるに従い、変換後の輝度値ＯＳは小さな値（暗く）になる。

　図１１Ａ～図１１Ｆは、本実施の形態３における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための図である。なお、図１１Ａ～図１１Ｆの横軸は、映像信号の水平方向に連続する画素であり、説明の便宜上、５つの区間ＢＬＫ１～５に分けて記載している。つまり、区間ＢＬＫ１～５にはそれぞれ複数の画素が含まれている。映像信号内の画素と区間ＢＬＫ１～５との関係は、実施の形態１において図７を用いて説明したとおりである。また、区間（ＢＬＫ）単位でバックライト１０２の輝度が制御されるものとする。

　図１１Ａは、入力される映像信号の区間ＢＬＫ１～５における画素の輝度値を示す図である。図１１Ｂは、バックライト１０２の輝度を示す図である。図１１Ｃは、入力される映像信号の区間ＢＬＫ１～５における画素の周囲明度を示す図である。図１１Ｄは、液晶パネル駆動部１０５から出力される制御信号が規定する液晶パネル１０１の透過率を示す図である。図１１Ｅは、液晶パネル１０１における制御された表示輝度を示す図である。図１１Ｆは、液晶パネル１０１における視覚上の輝度を示す図である。

　図１１Ｂにおいて、点線は、バックライト駆動部１０７から出力される制御信号が規定する発光領域毎のバックライト１０２の発光輝度を示す。実線は、液晶パネル１０１の背面輝度を示している。すなわち、バックライト１０２は、制御信号に従って区間毎に定められた輝度で照明光を発光するが（図１１Ｂの点線）、その照明光は、例えば光拡散シート１０３の作用により拡散する。そのため、例えば区間ＢＬＫ２、３のように、隣接する区間の間でバックライト１０２の発光輝度に差がある場合、液晶パネル１０１の背面に実際に到来する照明光の輝度（背面輝度）は画素毎に異なる（図１１Ｂの実線）。なお、本実施の形態３では、実施の形態２と同様、画素毎の背面輝度の推定は行われない。

　また、図１１Ａに示すように、入力される映像信号の輝度値が一定でない場合は、輝度値の変化が生じている部分（例えば区間ＢＬＫ２）およびその周辺（例えば区間ＢＬＫ１）において、周囲明度が画素毎に異なる（図１１Ｃ）。

　例えば区間ＢＬＫ２内の中央部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも小さいことが、図１１Ａと図１１Ｃを対比すると分かる。よって、この部分の各画素については、輝度値をより小さくする階調補正が行われ、補正後の輝度値を基に決まる液晶パネル１０１の透過率は、図１１Ｄにおいて左側の円で囲まれているように、周囲が明るいほど低くなる。

　例えば区間ＢＬＫ１、２の境界付近部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも大きい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより大きくする階調補正が行われるはずである。しかし、この部分の各画素の輝度値は既に、設定可能範囲内の最大値であり、輝度値をさらに大きくするような階調補正は、たとえ計算上可能であったとしても物理的には実現不可能である。すなわち、この部分の各画素については、透過率は、液晶パネル１０１で実現可能な範囲から逸脱してさらに高くなること（図１１Ｄにおいて点線で示されている現象）はなく、最大値に維持される。

　例えば区間ＢＬＫ４の左側部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも大きい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより大きくする階調補正が行われ、補正後の輝度値を基に決まる液晶パネル１０１の透過率は、図１１Ｄにおいて右側の円で囲まれているように、周囲が暗いほど高くなる。

　例えば区間ＢＬＫ４の中央部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも小さい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより小さくする階調補正が行われるはずである。しかし、この部分の各画素の輝度値は既に、設定可能範囲内の最小値であり、輝度値をさらに小さくするような階調補正は、たとえ計算上可能であったとしても物理的には実現不可能である。すなわち、この部分の各画素については、透過率は、液晶パネル１０１で実現可能な範囲から逸脱してさらに低くなること（図１１Ｄにおいて点線で示されている現象）はなく、最小値に維持される。

　さらに、本実施の形態３では、階調変換特性に中間調の輝度値を向上させる特性が設定されているため、背面輝度の推定値に基づく輝度値の再補正を行わなくても、中間調の領域では全体的に液晶パネル１０１の透過率（図１１Ｄ）を上昇させることができる。

　液晶パネル１０１における表示輝度（図１１Ｅ）は、図１１Ｂにおいて実線で示す背面輝度と、図１１Ｄにおいて実線で示す透過率との積である。

　よって、図１１Ｅに示すように、例えば区間ＢＬＫ２においては、暗い領域に面する明るい領域の端の輝度が、背面輝度の低下により低下するが、その分だけ、明るい領域に面する暗い領域の端の輝度も、階調補正の効果により低下する。このとき、使用者の視覚に生じる明暗対比の効果により明るい領域の輝度低下が補償され、その領域の輝度が本来のレベル（最大値）に保持されているように使用者に知覚させることができる（区間ＢＬＫ２の上向きの矢印）。

　すなわち、透過率が物理的な特性によって表現できない領域では、明暗対比の特性を利用して液晶パネル１０１の発光輝度（図１１Ｅ）を設定する。これにより、明るい部分の輝度を保持したまま、黒浮きの現象が知覚されないように輝度を表現（図１１Ｆ）することが可能となる。

　さらに、階調変換特性に中間調の輝度値を向上させる特性を設定することで、ローカルディミング制御による輝度低下を補償することができ、これにより、入力された映像信号の輝度値と同等の、液晶パネル１０１の表示輝度を実現することができる。

　以上のように、本実施の形態３によれば、動的階調補正部２０２において、映像信号全体の視覚上の輝度を向上させるとともに、中間調をより明るくする階調変換特性を設定する。これにより、ローカルディミング制御を行った結果、バックライト１０２における輝度値が低下した場合であっても、液晶パネルの物理的な制約による輝度ムラや部分的なコントラスト低下による画質劣化だけでなく、ローカルディミング制御をしない映像信号の表示輝度に近い表示輝度で、当該映像信号を表示することが可能となる。言い換えれば、本実施の形態３では、実施の形態１のようにバックライト１０２の背面輝度の推定およびその推定結果に基づく輝度値の再補正を行わなくても、実施の形態１と同様の作用効果を実現することができる。

　（実施の形態４）
　以下、本実施の形態４について説明をしていく。

　ローカルディミング制御を行う場合、実施の形態３において説明したように、液晶パネル１０１で表示される輝度値は、実際に表示したい輝度よりも暗いものとなってしまうのが一般的である。

　この課題を解決するために、本実施の形態４においては、動的階調補正部２０２において映像信号の中間調における輝度値を向上させる階調変換特性を用いるとともに、バックライト制御部１０６が局所階調変換部１０４の出力結果である補正後の輝度値ＯＳを用いることを特徴とする。

　上記のように構成することで、ローカルディミング制御によって暗くなる中間調における輝度値を補償することが可能となる。

　以下、本実施の形態４について図面を参照しながら説明する。

　図１２は、本実施の形態４における画像変換装置の構成を示すブロック図である。

　本実施の形態４における画像変換装置の制御部１００１は、バックライト制御部１０６の代わりにバックライト制御部１００２を備える。

　なお、実施の形態１、２と同様のものに関しては、同じ番号を付し、その詳細な説明は省略する。

　バックライト制御部１００２は、局所階調変換部１０４から出力される補正後の輝度値を基に、バックライト１０２の発光領域毎に、当該バックライト１０２の発光輝度を規定する制御信号を生成し、この制御信号をバックライト駆動部１０７に出力する。後の動作は、実施の形態１、２と同様である。

　図１３Ａ～図１３Ｆは、本実施の形態４における輝度値の変換処理の作用効果を説明するための図である。なお、図１３Ａ～図１３Ｆの横軸は、映像信号の水平方向に連続する画素であり、説明の便宜上、５つの区間ＢＬＫ１～５に分けて記載している。つまり、区間ＢＬＫ１～５にはそれぞれ複数の画素が含まれている。映像信号内の画素と区間ＢＬＫ１～５との関係は、実施の形態１において図７を用いて説明したとおりである。また、区間（ＢＬＫ）単位でバックライト１０２の輝度が制御されるものとする。

　図１３Ａは、入力される映像信号の区間ＢＬＫ１～５における画素の輝度値を示す図である。図１３Ｂは、バックライト１０２の輝度を示す図である。図１３Ｃは、入力される映像信号の区間ＢＬＫ１～５における画素の周囲明度を示す図である。図１３Ｄは、液晶パネル駆動部１０５から出力される制御信号が規定する液晶パネル１０１の透過率を示す図である。図１３Ｅは、液晶パネル１０１における制御された表示輝度を示す図である。図１３Ｆは、液晶パネル１０１における視覚上の輝度を示す図である。

　図１３Ａにおいて、点線は、制御部１２に入力される映像信号の輝度値（局所階調変換部１０４で変換される前の輝度値）を示し、実線は、制御部１２に入力されて局所階調変換部１０４で変換された後の輝度値を示す。すなわち、本実施の形態４においてバックライト制御部１００２に入力される輝度値は、図１３Ａにおいて実線で示す変換後の輝度値である。

　図１３Ｂにおいて、点線は、バックライト駆動部１０７から出力される制御信号が規定する発光領域毎のバックライト１０２の発光輝度を示す。バックライト制御部１００２には、図１３Ａにおいて実線で示す変換後の輝度値が入力されるため、図１３において点線で示す変換前の輝度値が入力される場合に比べて、バックライト１０２の発光輝度が高い。

　図１３Ｂにおいて、実線は、液晶パネル１０１の背面輝度を示している。すなわち、バックライト１０２は、制御信号に従って区間毎に定められた輝度で照明光を発光するが（図１３Ｂの点線）、その照明光は、例えば光拡散シート１０３の作用により拡散する。そのため、例えば区間ＢＬＫ２、３のように、隣接する区間の間でバックライト１０２の発光輝度に差がある場合、液晶パネル１０１の背面に実際に到来する照明光の輝度（背面輝度）は画素毎に異なる（図１３Ｂの実線）。なお、本実施の形態４では、実施の形態２、３と同様、画素毎の背面輝度の推定は行われない。

　また、図１３Ａに示すように、制御部１２に入力される映像信号の輝度値が一定でない場合は、輝度値の変化が生じている部分（例えば区間ＢＬＫ２）およびその周辺（例えば区間ＢＬＫ１）において、周囲明度が画素毎に異なる（図１３Ｃ）。

　例えば区間ＢＬＫ２内の中央部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも小さいことが、図１３Ａと図１３Ｃを対比すると分かる。よって、この部分の各画素については、図１３Ａにおいて左側の円で囲まれているように、輝度値をより小さくする階調補正が行われる。そして、補正後の輝度値を基に決まる液晶パネル１０１の透過率は、図１３Ｄにおいて左側の円で囲まれているように、周囲が明るいほど低くなる。

　例えば区間ＢＬＫ１、２の境界付近部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも大きい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより大きくする階調補正が行われるはずである。しかし、この部分の各画素の輝度値は既に、設定可能範囲内の最大値であり、輝度値をさらに大きくするような階調補正は、たとえ計算上可能であったとしても物理的には実現不可能である。すなわち、この部分の各画素については、透過率は、液晶パネル１０１で実現可能な範囲から逸脱してさらに高くなること（図１３Ｄにおいて点線で示されている現象）はなく、最大値に維持される。

　例えば区間ＢＬＫ４の左側部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも大きい。よって、この部分の各画素については、図１３Ａにおいて右側の円で囲まれているように、輝度値をより大きくする階調補正が行われる。そして、補正後の輝度値を基に決まる液晶パネル１０１の透過率は、図１３Ｄにおいて右側の円で囲まれているように、周囲が暗いほど高くなる。

　例えば区間ＢＬＫ４の中央部分では、画素の輝度値がその画素の周囲明度よりも小さい。よって、この部分の各画素については、輝度値をより小さくする階調補正が行われるはずである。しかし、この部分の各画素の輝度値は既に、設定可能範囲内の最小値であり、輝度値をさらに小さくするような階調補正は、たとえ計算上可能であったとしても物理的には実現不可能である。すなわち、この部分の各画素については、透過率は、液晶パネル１０１で実現可能な範囲から逸脱してさらに低くなること（図１３Ｄにおいて点線で示されている現象）はなく、最小値に維持される。

　さらに、本実施の形態４では、階調変換特性に中間調の輝度値を向上させる特性が設定されているため、背面輝度の推定値に基づく輝度値の再補正を行わなくても、中間調の領域では全体的に液晶パネル１０１の透過率（図１３Ｄ）を上昇させることができる。

　液晶パネル１０１における表示輝度（図１３Ｅ）は、図１３Ｂにおいて実線で示す背面輝度と、図１３Ｄにおいて実線で示す透過率との積である。

　よって、図１３Ｅに示すように、例えば区間ＢＬＫ２においては、暗い領域に面する明るい領域の端の輝度が、背面輝度の低下により低下するが、その分だけ、明るい領域に面する暗い領域の端の輝度も、階調補正の効果により低下する。このとき、使用者の視覚に生じる明暗対比の効果により明るい領域の輝度低下が補償され、その領域の輝度が本来のレベル（最大値）に保持されているように使用者に知覚させることができる（区間ＢＬＫ２の上向きの矢印）。

　すなわち、透過率が物理的な特性によって表現できない領域では、明暗対比の特性を利用して液晶パネル１０１の発光輝度（図１３Ｅ）を設定する。これにより、明るい部分の輝度を保持したまま、黒浮きの現象が知覚されないように輝度を表現（図１３Ｆ）することが可能となる。

　なお、本実施の形態４では、補正後の輝度値を用いてバックライト制御部１００２がバックライト１０２の発光輝度を設定するため、階調変換特性において設定される、中間調の明るさを持ち上げる特性は、図８を用いて説明したものよりも控えめなものでも良い。

　以上、本発明の各実施の形態について説明した。

　なお、上記各実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせるなど、種々変更して実施することができる。

　また、例えば、上記各実施の形態では、説明を簡単にするため、特に色を意識せず入力映像信号が輝度であるものとして説明したが、本発明はモノクロに限定されるものではなくカラーに適用できることは言うまでもない。

　また、バックライト１０２の制御がＲＧＢ独立に行われる場合には、映像信号をＲ信号とＧ信号とＢ信号に置き換えて３チャンネルを独立に制御すればよい。

　また、バックライトが白色でその輝度だけが制御される場合には、カラー画像に対してもＲＧＢを輝度・色差信号に変換し、輝度信号に対して同様の処理を行えばよい。また、輝度信号の代わりにＲＧＢの最大値等を用いることも可能であり、色飽和防止には特別の効果がある。

　また、上記各実施の形態では、液晶表示装置を例にとって説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、液晶およびＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）のように透過率または反射率を可変出来るデバイス、および分割点灯可能な光源を用いる装置であれば、プロジェクタなどの他の画像表示装置にも適用可能できる。

　また、上記各実施の形態においては、変換画素の周囲に配設される画素の輝度値を基に周囲明度ＵＳを算出するとともに、当該周囲明度ＵＳを基に階調変換特性を設定する構成を例にとって説明した。しかし、本発明の構成はこの構成に限定されず、例えば当該変換画素の周囲に配設される画素の輝度値を基にヒストグラムを生成し、当該ヒストグラムの形状を基に動的階調補正部において階調変換特性を設定する構成にしてもかまわない。

　２００９年９月２９日出願の特願２００９－２２３９８０の日本出願に含まれる明細書、図面及び要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

　本発明の表示装置および表示方法は、ローカルディミング技術において、表示デバイスの物理的な制約による輝度ムラあるいは部分的なコントラスト低下による画質劣化を、人間の視覚特性を用いて補償することができる効果を有し、液晶表示装置などの画像表示装置として有用である。

　１１　表示部
　１２、１００１　制御部
　１３　駆動部
　１４　光量推定部
　１５　映像補正部
　１０１　液晶パネル
　１０２　バックライト
　１０３　光拡散シート
　１０４　局所階調変換部
　１０５　液晶パネル駆動部
　１０６、１００２　バックライト制御部
　１０７　バックライト駆動部
　２０１　周囲明度検出部
　２０２　動的階調補正部
　３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、８０１、８０２、８０３、８０４、８０５、８０６、８０７、８０８、８０９　階調変換特性

Claims

　照明光を光変調係数に応じて変調して画面に画像を表示する光変調部と、
　前記画面の発光領域毎に異なる照射光量で照明光を前記光変調部に照射する照射部と、
　前記照射部における発光輝度を発光領域毎に制御する制御部と、
　映像信号に階調変換の処理を施して変換後の輝度値を画素毎に取得する変換部と、
　取得された変換後の輝度値を基に前記光変調係数を画素毎に制御する駆動部と、を有し、
　前記変換部は、前記映像信号内の処理対象画素に対して、前記処理対象画素の周囲明度が高いほど前記処理対象画素の輝度値を低くする変換特性を設定し、設定された変換特性を用いて階調変換を行う、
　表示装置。
　前記変換部は、前記処理対象画素の周囲における平均的な明るさを前記処理対象画素の周囲明度として検出する、
　請求項１記載の表示装置。
　前記変換特性は、周囲明度に等しい輝度値を変化させない特性を含む、
　請求項１記載の表示装置。
　前記変換特性は、中間調の輝度値を向上させる特性を含む、
　請求項１記載の表示装置。
　前記制御部は、取得された変換後の輝度値を基に前記照射部における発光輝度を発光領域毎に制御する、
　請求項１記載の表示装置。
　前記変換部は、前記光変調係数が前記光変調部の実現可能範囲内の最大値となっている画素の近傍に位置する処理対象画素の輝度値を下げる階調変換を行う、
　請求項１記載の表示装置。
　前記変換部は、前記光変調係数が前記光変調部の実現可能範囲内の最小値となっている画素の近傍に位置する処理対象画素の輝度値を上げる階調変換を行う、
　請求項１記載の表示装置。
　照明光を光変調係数に応じて変調して画面に画像を表示する光変調部と、
　前記画面の発光領域毎に異なる光量で照明光を前記光変調部に照射する照射部と、
　前記照射部における発光輝度を発光領域毎に制御する制御部と、
　前記光変調部に到来する照明光の光量を基に映像信号を補正する映像補正部と、
　前記映像信号に階調変換の処理を施して変換後の輝度値を画素毎に取得する変換部と、
　取得された変換後の輝度値を基に前記光変調係数を画素毎に制御する駆動部と、を有し、
　前記変換部は、前記映像信号内の処理対象画素に対して、前記処理対象画素の周囲明度が高いほど前記処理対象画素の輝度値を低くする変換特性を用いて局所コントラストを強調する階調変換を行う、
　表示装置。
　照明光を光変調係数に応じて変調して画面に画像を表示する光変調ステップと、
　前記画面の発光領域毎に異なる照射光量で照明光を前記光変調部に照射する照射ステップと、
　前記照射部における発光輝度を発光領域毎に制御する制御ステップと、
　映像信号に階調変換の処理を施して変換後の輝度値を画素毎に取得する変換ステップと、
　取得された変換後の輝度値を基に前記光変調係数を画素毎に制御する駆動ステップと、を有し、
　前記変換ステップは、前記映像信号内の処理対象画素に対して、前記処理対象画素の周囲明度が高いほど前記処理対象画素の輝度値を低くする変換特性を用いて局所コントラストを強調する階調変換を行う、
　表示方法。
　照明光を光変調係数に応じて変調して画面に画像を表示する光変調ステップと、
　前記画面の発光領域毎に異なる光量で照明光を前記光変調部に照射する照射ステップと、
　前記照射部における発光輝度を発光領域毎に制御する制御ステップと、
　前記光変調部に到来する照明光の光量を基に映像信号を補正する映像補正ステップ部と、
　前記映像信号に階調変換の処理を施して変換後の輝度値を画素毎に取得する変換ステップと、
　取得された変換後の輝度値を基に前記光変調係数を画素毎に制御する駆動ステップと、を有し、
　前記変換ステップは、前記映像信号内の処理対象画素に対して、前記処理対象画素の周囲明度が高いほど前記処理対象画素の輝度値を低くする変換特性を用いて局所コントラストを強調する階調変換を行う、
　表示方法。