WO2012137388A1

WO2012137388A1 - 映像表示装置およびテレビ受信装置

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Publication number: WO2012137388A1
Application number: PCT/JP2011/077605
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Inventors: 智治能年; 神田　貴史; 藤根　俊之
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Abstract

　映像信号の発光している部分を検出し、発光部分の表示輝度をエンハンスして際出せて表示させることにより、輝き感をより増して映像品位を向上させる。映像表示装置の発光検出部（２）は、入力映像信号の所定の特徴量に対して、画素数を積算したヒストグラムを生成し、そのヒストグラムの所定範囲の上位領域を発光部として検出する。エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部（４）は、バックライト部（６）の輝度をストレッチして増大させる。マッピング部（３）では、検出した発光部を除く非発光部の映像信号の輝度を低下させる。これにより、非発光部の画面輝度の増大を抑えて発光部の表示輝度をエンハンスする。

Description

映像表示装置およびテレビ受信装置

　本発明は、映像表示装置およびテレビ受信装置に関し、より詳細には、表示映像の画質を向上させるためのエンハンス機能を備えた映像表示装置およびテレビ受信装置に関する。

　映像表示装置において、表示映像の画質を向上させるためのエンハンス機能が知られている。エンハンス機能を実行する場合、通常では映像信号のフレーム毎に階調の最大値を検出し、その最大値のレベルが低ければ、階調が高い部分の映像信号にゲインをかけて伸張する。また、映像信号の階調の最小値を検出し、その最小値が高ければ階調が低い部分の映像信号に圧縮ゲインをかけて階調を低下させる。このようなエンハンス機能を用いることによって映像信号の信号レンジが広くなり、表示画像のコントラスト感が増大して画質が向上する。

　例えば、特許文献１には、バックライトの輝度の調整にともない、画像の明暗も調整前に近くなるようにコントラストを自動的に調整する液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置では、オペレータがバックライト装置の光源をオンオフすることによって画像の輝度を変え電力の節電を図ることができ、輝度が変わるとエンハンス機能が働き、表示画像は輝度に合わせたコントラストに調整され、バックライト装置の輝度を下げても、画像の明暗は輝度を下げる前とほぼ同程度のものが得られるようにしている。

特開平９－８０３７８号公報

　表示輝度をエンハンスする場合、画面の中で明るく輝いている発光部分を特定し、その発光部分の表示輝度をエンハンスすれば、人間の目にはコントラスト感が向上し、輝き感が増して高品位の表示映像を提供することができる。
　従来のエンハンス機能においては、映像信号の画素値の最大値や最小値をみて、高い部分の階調を伸張して持ち上げたり、低い部分の階調を圧縮して落とすような処理が行われる。しかしながら、規格化された映像信号は、実際に人間の目に明るく見える輝度を表現していないため、階調値のみから発光部分を特定することは難しい。つまり様々な映像に対して、一律に画像値の最大値や最小値をみてエンハンスを行っても、常に高コントラストで高画質の映像が得られるとは限らない。

　様々に変化する映像において、映像の輝度の分布から相対的に明るく発光している部分を検出し、その発光部分を意識的にエンハンスすることにより、画面上で発光した部分をより際だたせて画質を向上させる効果が得られるが、従来ではこのような思想に基づくエンハンス処理は行われていなかった。

　本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、映像信号の発光している部分を検出し、発光部分の表示輝度をエンハンスして際出せて表示させることにより、輝き感をより増して、高いコントラストで映像表現を行うことで、映像品位を向上させることようにした映像表示装置およびテレビ受信装置を提供することを目的とする。

　上述の課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、入力映像信号を表示する表示部と、該表示部を照明する光源と、該表示部および該光源を制御する制御部とを有し、該制御部は、前記入力映像信号の所定の特徴量のヒストグラムに基づいて、該ヒストグラムの所定範囲の上位領域を検出し、前記光源の輝度をストレッチして増大させ、前記所定範囲の上位領域を除く領域の映像信号の輝度を低下させることにより、前記所定範囲の上位領域の表示輝度をエンハンスすることを特徴としたものである。

　第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記制御部は、入力映像信号による画像を複数の領域に分割し、前記分割した領域の映像信号の階調値に基づいて前記光源の領域の点灯率を変化させ、全ての前記領域の平均点灯率に基づき、前記光源の輝度をストレッチすることを特徴としたものである。

　第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記制御部は、前記平均点灯率と、前記表示部の画面上で取り得る最大輝度との関係を予め定めておき、前記制御部は、前記平均点灯率に応じて定まる前記最大輝度に基づいて、前記光源の輝度をストレッチすることを特徴としたものである。

　第４の技術手段は、第１の技術手段において、前記制御部は、前記検出した所定範囲の上位領域を含む所定範囲の映像について、画素毎の明るさに重みを付けて画素数をカウントすることにより明るさの度合いを示すスコアを計算し、該スコアに応じて前記光源の輝度をストレッチすることを特徴としたものである。

　第５の技術手段は、第１～第３のいずれか１の技術手段において、前記制御部は、前記ヒストグラムの平均値をＡ、標準偏差をσとするとき、ｔｈｒｅｓｈ＝Ａ＋Ｎσ（Ｎは定数）以上を前記所定範囲の上位領域とすることを特徴としたものである。

　第６の技術手段は、第１～第５のいずれか１の技術手段において、前記制御部は、前記特徴量が低い所定領域において、前記光源の輝度のストレッチによる表示部の表示輝度の増加分を、前記映像信号の輝度の低下により、低減させることを特徴としたものである。

　第７の技術手段は、第１～第６のいずれか１の技術手段の映像表示装置を備えたテレビ受信装置である。

　本発明の映像表示装置によれば、映像信号の発光している部分を検出し、発光部分の表示輝度をエンハンスして際出せて表示させることにより、輝き感をより増して、高いコントラストで映像表現を行うことで、映像品位を向上させることようにした映像表示装置およびテレビ受信装置を提供することができる。

本発明に係る映像表示装置の一実施形態を説明する図で、映像表示装置の要部の構成を示すものである。エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部の処理例を説明するための図である。入力映像信号の輝度信号Ｙから生成したＹヒストグラムの例を示すものである。マッピング部が生成するトーンマッピングの一例を示す図である。エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部で出力するＭａｘ輝度について説明するための図である。エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部の処理により、画面輝度がエンハンスされる状態を示す図である。本発明に係る映像表示装置の他の実施形態を説明する図である。入力映像信号の輝度信号から生成したヒストグラムの例を示すものである。第３の閾値以上の画素に応じた輝度ストレッチの設定例を示す図である。本発明に係る映像表示装置の更に他の実施形態を説明する図である。映像表示装置で表示すべき放送映像信号からＣＭＩを計算する手法を説明する図である。ＲＧＢデータをもつ画素における最明色を説明する図である。

（実施形態１）
　図１は、本発明に係る映像表示装置の一実施形態を説明する図で、映像表示装置の要部の構成を示すものである。映像表示装置は、入力映像信号に画像処理を行って映像表示する構成を有するもので、テレビ受信装置等に適用することができる。
　放送信号から分離した映像信号や外部機器から入力した映像信号は、信号処理部１およびエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４に入力する。このとき、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４への映像信号は、信号処理部１のマッピング部３で生成されたトーンマッピングが適用され、その後エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４に入力する。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４は、入力された映像信号に従って、映像信号による画像を所定領域に分割し、分割領域ごとに映像信号の最大階調値を抽出する。そして最大階調値に基づきバックライト部６の点灯率を計算する。点灯率は、映像の分割領域に対応したバックライト部６の領域ごとに定められる。また、バックライト部６は、複数のＬＥＤにより構成され、領域ごとに輝度の制御が可能となっている。

　バックライト部６の領域ごとの点灯率は、予め定められた演算式に基づき決定されるが、基本的に高階調の明るい最大階調値を有する領域では、ＬＥＤの輝度を低下させることなく維持し、低階調の暗い領域においてＬＥＤの輝度を低下させるような演算を行う。
　そして、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４は、各領域の点灯率からバックライト部６の全体の平均点灯率を計算し、その平均点灯率に応じて、所定の演算式によりバックライト部６の輝度ストレッチ量を計算する。これにより、画面内の領域で取り得る最大輝度値（Ｍａｘ輝度）が得られる。得られたＭａｘ輝度は、信号処理部１のマッピング部３に出力される。

　信号処理部１の発光検出部２では、入力映像信号の特徴量に基づくフレームごとのヒストグラムを生成し、発光している部分を検出する。発光している部分は、ヒストグラムの平均値と標準偏差とにより求められるもので、ヒストグラムごとの相対的な値として検出される。
　マッピング部３は、検出された発光部分の情報と、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４から出力されたＭａｘ輝度とを使用して、トーンマッピングを生成し、入力映像信号に適用する。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４は、バックライト部６を制御するための制御データをバックライト制御部５に出力し、バックライト制御部５は、そのデータに基づいてバックライト部６のＬＥＤの発光輝度を分割領域ごとに制御する。バックライト部６のＬＥＤの輝度は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御で行われるが、電流制御もしくはこれらの組み合わせによって所望の値となるように制御することができる。
　また、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４は、表示部８を制御するための制御データを表示制御部７に出力し、表示制御部７は、そのデータに基づいて表示部８の表示を制御する。表示部８は、バックライト部６のＬＥＤにより照明されて画像を表示する液晶パネルが用いられる。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４では、平均点灯率に応じてバックライト輝度をストレッチしてバックライト部６のＬＥＤの輝度を増大させ、この輝度ストレッチの情報を信号処理部１に戻して、バックライト部６の輝度ストレッチ分に相当する輝度を低下させる。このときに、輝度ストレッチはバックライト部６の全体に与えられ、映像信号処理による輝度低下は、発光部を除く発光していないとみなす部分に対して行われる。これにより、発光している部分のみの画面輝度を増大させ、高いコントラストで映像表現を行うことができ、画質を向上させることができる。なお、本発明の制御部は、バックライト部６と表示部８を制御するものであり、信号処理部１，エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４、バックライト制御部５、及び表示制御部７が該当する。

　上記の表示装置をテレビ受信装置として構成する場合、テレビ受信装置は、アンテナで受信した放送信号を選局して復調し、復号して再生用映像信号を生成する手段を有し、再生用映像信号に適宜所定の画像処理を施して、図１の入力映像信号として入力させる。これにより、受信した放送信号を表示部８に表示させることができる。本発明は、表示装置、およびその表示装置を備えるテレビ受信装置として構成することができる。

　以下に上記の構成を有する本実施形態の各部の処理例をより具体的に説明する。
　図２は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４の処理例を説明するための図である。本発明の実施形態に適用されるエリアアクティブ制御は、映像を所定の複数の領域（エリア）に分割し、その分割した領域に対応するＬＥＤの発光輝度を領域毎に制御するものである。ここでは、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４は、入力映像信号に基づいて、１フレームの映像を予め定められた複数の領域に分割し、その分割領域ごとに映像信号の最大階調値を抽出する。

　そしてエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４は、抽出した最大階調値に応じて領域毎のＬＥＤの点灯率を決定する。ＬＥＤの点灯率の決定においては、最大階調値が低く暗い領域については、点灯率を下げてバックライトの輝度を低下させる。一例として、映像の階調値が０－２５５の８ビットデータで表現される場合、最大階調値が１２８の場合には、バックライトを（１／（２５５／１２８））^２．２＝０．２１７倍に低下させる。このエリアアクティブ制御の処理は、後述する平均点灯率を定めるためのものであり、実際のバックライト部６の輝度は、平均点灯率に応じて決まる最大輝度の値に基づいてさらにストレッチされ増強される。元となる基準輝度は、例えば、最大階調値のときに画面輝度が５５０（ｃｄ／ｍ^２）となるような輝度である。基準輝度は、この例に限ることなく適宜定めることができる。

　また、上記の点灯率計算方法はその一例を示すものであるが、基本的には明るい高階調の領域はバックライト輝度を下げることなく、低階調の暗い領域についてバックライトの輝度を低下させるように予め定めた演算式に従って点灯率を計算する。

　点灯率はバックライト全体の平均点灯率を定めるものであるが、点灯領域（ウィンドウ領域）と消灯領域との比として表すことができる。点灯領域がない状態では点灯率はゼロであり、点灯領域のウィンドウが大きくなるに従って点灯率は増大し、全点灯では点灯率は１００％になる。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４は、各領域の最大階調値に応じて決まる点灯率から、画面全体の平均点灯率を計算する。点灯率が高い領域が多くなれば画面全体の平均点灯率は高くなる。そして、図２のような関係で、取り得る輝度の最大値（Ｍａｘ輝度）を決定する。横軸は、バックライトの点灯率（ウィンドウサイズ）で、縦軸はＭａｘ輝度における画面輝度（ｃｄ／ｍ^２）を示している。

　図２において、バックライトが全点灯（平均点灯率１００％）のときのＭａｘ輝度を例えば、５５０（ｃｄ／ｍ^２）とする。そして本実施形態では、平均点灯率が下がっていくに従って、Ｍａｘ輝度を増大させる。このときに、階調値が２５５階調（８ビット表現の場合）の画素が、画面内で最も画面輝度が高くなり、取り得る最大の画面輝度（Ｍａｘ輝度）になる。従って、同じ平均点灯率であっても、画素の階調値によってはＭａｘ輝度まで画面輝度がＵＰしないことがわかる。

　平均点灯率がＰ１のときに、Ｍａｘ輝度の値は最も大きくなり、このときの最大の画面輝度は１５００（ｃｄ／ｍ^２）となる。つまりＰ１のときには、取り得る最大の画面輝度は、全点灯時の５５０（ｃｄ／ｍ^２）に比較して１５００（ｃｄ／ｍ^２）までストレッチされることになる。Ｐ１は、比較的平均点灯率が低い位置に設定されている。つまり全体に暗い画面で平均点灯率が低く、かつ一部に高階調のピークがあるような画面のときに、最高で１５００（ｃｄ／ｍ^２）になるまでバックライトの輝度がストレッチされる。また、高い平均点灯率のときほど、バックライトの輝度のストレッチの程度が小さい理由としては、もともと明るい画面ではバックライトの輝度を過度に行うと却って眩しく感じることがあるため、ストレッチの程度を抑えるようにするためである。

　Ｍａｘ輝度が最大の平均点灯率Ｐ１から平均点灯率０（全黒）までは、Ｍａｘ輝度の値を徐々に低下させる。平均点灯率が低い範囲は、暗い画面の映像に相当するものであり、バックライトの輝度をストレッチして画面輝度をＵＰするよりも、逆にバックライトの輝度を抑えてコントラストを向上させ、黒浮きを抑えて表示品位を保つようにする。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４は、図２の曲線に従って、バックライトの輝度をストレッチし、その制御信号をバックライト制御部５に出力する。ここでは上記のように映像の分割領域ごとに検出される最大階調値に応じて平均点灯率が変化し、その平均点灯率に応じて輝度ストレッチの状態が変化する。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４に入力する映像信号は、以下に説明する信号処理部１による信号処理により生成されたトーンマッピングが適用され、低階調領域がゲインダウンされて入力する。これにより、低階調の非発光領域ではバックライトの輝度がストレッチされた分、映像信号によって輝度が低減され、結果として発光している領域のみで画面輝度がエンハンスされ、輝き感が増すようになっている。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４は、図２の曲線に従ってバックライトの平均点灯率から求めたＭａｘ輝度の値を信号処理部１のマッピング部３に出力する。マッピング部３では、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４から出力されたＭａｘ輝度を使用して、トーンマッピングを行う。

　信号処理部１について説明する。
　信号処理部１の発光検出部２では、映像信号から発光している部分を検出する。図３は、入力映像信号の輝度信号Ｙから生成したＹヒストグラムの例を示すものである。発光検出部２では、入力した映像信号のフレームごとに、輝度階調ごとの画素数を積算してＹヒストグラムを生成する。横軸は輝度Ｙの階調値で、縦軸は階調値毎に積算した画素数（頻度）を示している。輝度Ｙは、ヒストグラムを作成する映像の特徴量の一つであり、特徴量の他の例については後述する。ここでは、輝度Ｙについて発光部分を検出するものとする。
　Ｙヒストグラムが生成されると、そのＹヒストグラムから平均値（Ａｖｅ）、標準偏差（σ）を計算し、これらを用いて２つの閾値Ｔｈを計算する。

　第２の閾値Ｔｈ２は、発光境界を定めるものであり、Ｙヒストグラムにおいてこの閾値Ｔｈ２以上の画素は、発光している部分であるものとみなして処理を行う。
　第２の閾値Ｔｈ２は、
　　Ｔｈ２　＝　Ａｖｅ＋Ｎσ　　　　・・・式（１）
とする。Ｎは所定の定数である。

　また、第１の閾値Ｔｈ１は、Ｔｈ２より小さい領域の階調性などの違和感を抑えるために設定されるもので、
　Ｔｈ１　＝　Ａｖｅ＋Ｍσ　　　　　・・・式（２）
とする。Ｍは所定の定数であり、Ｍ＜Ｎである。
　発光検出部２が検出した第１及び第２の閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２の値は、マッピング部３に出力され、トーンマッピングの生成に使用される。

　図４は、マッピング部３が生成するトーンマッピングの一例を示す図である。横軸は映像の輝度値の入力階調で、縦軸は出力階調である。発光検出部２で検出された第２の閾値Ｔｈ２以上の画素については、映像の中で発光している部分であり、発光している部分を除いて圧縮ゲインを適用してゲインダウンする。このときに、発光境界であるＴｈ２より小さい領域に一律に一定の圧縮ゲインを適用して出力階調を抑えると、階調性に違和感が生じる。従って、発光検出部２にて第１の閾値Ｔｈ１を設定して検出し、Ｔｈ１より小さい領域に対して第１のゲインＧ１を設定し、Ｔｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶように第２のゲインＧ２を設定してトーンマッピングを行う。

　ゲインの設定方法について説明する。
　マッピング部３には、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４からＭａｘ輝度の値が入力される。Ｍａｘ輝度は、上述したように、バックライトの平均点灯率から定められる最大輝度を示すもので、例えば、バックライトデューティの値として入力される。
　第１のゲインＧ１は、第１の閾値Ｔｈ１より小さい領域に適用されるもので、
　　Ｇ１＝（Ｌｓ／Ｌｍ）^１／γ・・・式（３）
　により設定される。Ｌｓは、基準輝度（バックライト輝度をストレッチしないときの基準輝度；一例として最大の画面輝度が５５０ｃｄ／ｍ^２となるときの輝度）であり、Ｌｍは、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４から出力されたＭａｘ輝度である。従って、第１の閾値Ｔｈ１より小さい領域に適用される第１のゲインＧ１は、バックライトの輝度ストレッチにより増加する画面輝度分を低減させるように、映像信号の出力階調を低下させる。

　第２の閾値Ｔｈ２以上のトーンマッピングは、ｆ（ｘ）＝ｘとする。つまり、入力階調＝出力階調とし、出力階調を低下させる処理は行わない。第１の閾値Ｔｈ１～第２の閾値Ｔｈ２までの間は、第１のゲインＧ１によって低下させた第１の閾値Ｔｈ１の出力階調と、第１の閾値Ｔｈ１の出力階調とを直線で結ぶように設定する。
　つまり、Ｇ２＝（Ｔｈ１－Ｇ１・Ｔｈ２）／（Ｔｈ１－Ｔｈ２）によって第２のゲインＧ２を決定する。
　上記の処理により、図４に示すようなトーンマッピングを得る。このときに、Ｔｈ１、Ｔｈ２の接続部分については、所定の範囲（例えば接続部分±Δ（Δは所定値））を２次関数でスムージングするとよい。

　マッピング部３が生成したトーンマッピングは入力映像信号に適用され、バックライトの輝度ストレッチ量に基づき低階調部分の出力が抑えられた映像信号がエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４に入力される。

　図５は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４で出力するＭａｘ輝度について説明するための図である。
　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４は、マッピング部３で生成したトーンマッピングを適用した映像信号を入力し、その映像信号に基づいてエリアアクティブ制御を行って、平均点灯率に基づくＭａｘ輝度を決定する。このときのフレームをＮフレームとする。ＮフレームのＭａｘ輝度の値は、信号処理部１のマッピング部３に出力される。マッピング部３では、入力したＮフレームのＭａｘ輝度を使用して図４に示すようなトーンマッピングを生成し、Ｎ＋１フレームの映像信号に適用する。

　こうして、本実施形態では、エリアアクティブの平均点灯率に基づくＭａｘ輝度をフィードバックして、次のフレームのトーンマッピングに使用する。マッピング部３は、Ｎフレームで決定されたＭａｘ輝度に基づいて、第１の閾値Ｔｈ１より小さい領域について映像出力を低下させるゲイン（第１のゲインＧ１）を適用する。Ｔｈ１とＴｈ２の間の領域についてＴｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶ第２のゲインＧ２を適用してＴｈ１とＴｈ２の間の映像出力を低下させる。
　Ｎフレームで映像出力を低下させるゲインが適用されているため、平均点灯率がＰ１以上の高点灯率の領域において、Ｎ＋１のフレームでは、領域ごとの最大階調値が低下して点灯率が下がる傾向となり、これにより、Ｎ＋１のフレームでは、Ｍａｘ輝度が上がる傾向となる。これにより、さらにバックライトの輝度ストレッチ量が大きくなって、画面の輝き感が増す傾向となる。ただし、この傾向はＰ１より低点灯率の領域では見られず、逆の傾向となる。

　図６は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４の処理により、画面輝度がエンハンスされる状態を示す図である。横軸は入力映像信号の階調値で、縦軸は表示部８の画面輝度（ｃｄ／ｍ^２）である。
　Ｓ２、Ｓ３は、発光検出部２で使用した第１及び第２閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２の階調値の位置にそれぞれ相当する。上記のように発光検出部２で検出した第２の閾値Ｔｈ２以上の領域では、バックライトの輝度ストレッチ量に応じて映像信号の出力階調を低下させる信号処理が行われていない。この結果、Ｓ３～Ｓ４では、入力映像信号は、エリアアクティブ制御により決定されたＭａｘ輝度に従うγカーブでエンハンスされて表示される。

　例えば、Ｍａｘ輝度が１５００（ｃｄ／ｍ^２）である場合、入力映像信号が最高階調値（２５５）であるとき、画面輝度は１５００（ｃｄ／ｍ^２）なる。
　一方、Ｓ１～Ｓ２までの入力階調値の場合には、上記のように、バックライトの輝度ストレッチにより増加する画面輝度分を低減させるように第１のゲインＧ１が映像信号に適用されているため、基準輝度に基づくγカーブで画面表示される。エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４で決定されたＭａｘ輝度に従って、マッピング部３で輝度ストレッチ分に対応して、閾値Ｔｈ１（Ｓ２に相当）より小さい範囲で映像信号の出力値を抑えたからである。Ｓ２～Ｓ３は、Ｔｈ２～Ｔｈ１のトーンマッピングに応じて画面輝度が遷移する。
　Ｍａｘ輝度が大きくなると、Ｓ１～Ｓ２の基準輝度に基づく曲線と、Ｓ３～Ｓ４のＭａｘ輝度に基づく曲線との画面輝度方向の差が大きくなる。基準輝度に基づく曲線は、前述のように、最大階調値の画面輝度が、バックライト輝度をストレッチしないときの基準輝度（一例として最大階調値の画面輝度が５５０ｃｄ／ｍ^２）となるγ曲線であり、Ｍａｘ輝度に基づく曲線は、最大階調値の画面輝度が、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４で決定されたＭａｘ輝度となるγ曲線である。

　こうして、入力映像信号が０階調（Ｓ１）からＳ２までの間では、基準輝度で画面輝度を制御する。階調が低く暗い映像の場合には、輝度を上げて表示させるとコントラストの低下や黒浮き等の品低下が生じるため、バックライトの輝度ストレッチ分だけ映像信号処理により輝度を抑えて画面輝度が上がらないようにする。

　また入力映像信号がＳ３以上の範囲は、発光しているとみなしている範囲であるので、輝度ストレッチによりバックライトをストレッチした状態で、映像信号を抑えることなく維持する。これにより、画面輝度がエンハンスされ、より輝き感のある高品位の画像表示を行うことができる。なお、Ｓ１～Ｓ２までのγカーブは、基準輝度に一致させる必要はなく、発光部分のエンハンス領域との差を持たせるレベルのものであれば、ゲインＧ１を適宜調整して設定することができる。

（実施形態２）
　図７は、本発明に係る映像表示装置の他の実施形態を説明する図である。
　第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の構成を有しているが、第１の実施形態と異なり、トーンマッピングを行う際に用いるＭａｘ輝度の値をエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４で決定することなく、発光検出部２の検出に基づき輝度ストレッチを決定し、その決定した輝度ストレッチに基づいてトーンマッピングを実行する。従って、信号処理部１のマッピング部３では、実施形態１のように、輝度ストレッチによるＭａｘ輝度値をエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４から出力させる必要はない。

　図８は、入力映像信号の輝度信号Ｙから生成したＹヒストグラムの例を示すものである。実施形態１と同様に、発光検出部２では、入力した映像信号のフレームごとに、画素の輝度階調ごとの画素数を積算してＹヒストグラムを生成する。そしてそのＹヒストグラムから平均値（Ａｖｅ）、標準偏差（σ）を計算し、これらを用いて２つの閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２を計算する。実施形態１と同様に、第２の閾値Ｔｈ２は、発光境界を定めるものであり、Ｙヒストグラムにおいてこの閾値Ｔｈ２以上の画素は、発光している部分であるものとみなすものである。

　本実施形態では、さらに第３の閾値Ｔｈ３を設定する。第３の閾値Ｔｈ３は、Ｔｈ１とＴｈ２の間にあり、発光部分の画素の状態を検出するために設けられる。　
　閾値Ｔｈ３は、Ｔｈ２と同じ値でもよいが、Ｔｈ２以上の発光部分にマージンを持たせて広めにとり、処理を行いやすくするために設けられている。
　従って、Ｔｈ３＝Ａｖｅ＋Ｑσ（Ｍ＜Ｑ≦Ｎ）となる。

　図９は、第３の閾値Ｔｈ３以上の画素に応じた輝度ストレッチの設定例を示す図である。横軸は閾値Ｔｈ３以上の画素値のスコア、縦軸はスコアに応じた輝度ストレッチ量を示している。
　スコアは、第３の閾値Ｔｈ３以上の階調値を持つ画素の画素数をカウントし、閾値Ｔｈ３からの距離に重み付けをして算出することにより明るさの度合いを示すもので、例えば、
　スコア＝１０００×Σｃｏｕｎｔ［ｉ］×（ｉ^２－Ｔｈ３^２）／（Σｃｏｕｎｔ［ｉ］×Ｔｈ３^２）によって計算される。Σｃｏｕｎｔ［ｉ］は、階調値ｉごとに画素数をカウントして積算したものである。従って、発光部分のうちＴｈ３から離れた高階調の画素が多い場合にはスコアが高くなる。また、Ｔｈ３以上の画素数が一定であっても、階調が高い画素が多い方がスコアは高くなる。

　そしてスコアが一定以上に高いレベルでは、輝度ストレッチ量を高く設定し、高階調の輝いている映像をより高輝度にストレッチして輝き感を増す。この例では、スコアが一定以上の高い部分では、輝度ストレッチ後に取りうる最大の画面輝度が１５００（ｃｄ／ｍ^２）となるように設定する。また、スコアが低い場合には、スコアが小さくなるほど輝度ストレッチ量が小さくなるように設定する。
　輝度ストレッチ量は、第１の実施形態のＭａｘ輝度と同じ概念であり、例えば、バックライトデューティの値によって示されるものである。

　発光検出部３が検出した第１及び第２の閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２の値、及びＴｈ３以上の画素のスコアに従って決定される輝度ストレッチ量は、マッピング部３に出力され、トーンマッピングの生成に使用される。
　マッピング部３におけるトーマッピングの処理は、第１の実施形態と同様である。つまり図４に示すように、発光検出部２にて検出したＴｈ１より小さい領域に対して第１のゲインＧ１を設定し、Ｔｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶように第２のゲインＧ２を設定する。このときに、ゲインＧ１の設定に際して、発光検出部２で検出した輝度ストレッチ量を使用し、バックライトの輝度ストレッチ量に応じて映像信号処理により輝度を低下させる。
　得られたトーンマッピングは、入力映像信号に適用され、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４に入力する。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４における処理は、実施形態１と同様である。ただし、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４では、実施形態１のようにバックライトの平均点灯率からＭａｘ輝度を決定し、信号処理部１に出力する必要はなく、逆に信号処理部１の発光検出部２で検出された輝度ストレッチ量に基づいてバックライト部６のＬＥＤの輝度をストレッチする。

　つまり、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部４では、映像を所定の複数の領域（エリア）に分割し、その分割領域ごとに映像信号の最大階調値を抽出し、抽出した最大階調値に応じて領域毎のＬＥＤの点灯率を決定する。例えば最大階調値が低く暗い領域については、点灯率を下げてバックライトの輝度を低下させる。そして、この状態で輝度ストレッチ量に応じてバックライト全体の投入電力を増大させて、バックライトの輝度全体をＵＰする。これにより、発光している明るい映像はより明るくなって輝き感が増す。また、非発光部分は、映像信号処理により輝度ストレッチに相当する輝度が低減されているため、結果として、画面上では発光部分のみの輝度が高くなって、高コントラストの品位の高い映像を表示することができる。入力映像信号と画面輝度との関係は、第１の実施形態に示す図６と同様になる。

（実施形態３）
　図１０は、本発明に係る映像表示装置の更に他の実施形態を説明する図である。
　第３の実施形態は、第２の実施形態と同様の構成を有し、第２の実施形態と同様の動作を行うが、第２の実施形態と異なり、輝度ストレッチ部４１ではエリアアクティブ制御を行うことなく、信号処理部１のマッピング部３から出力された輝度ストレッチ量に基づいて、バックライト部６の輝度をストレッチする。

　つまり輝度ストレッチ部４１では、マッピング部３により生成されたトーンマッピングが適用された映像信号を入力し、その映像信号を表示する制御データを表示制御部７に出力する。このときにエリアアクティブ制御による処理は行わない。一方、マッピング部３から出力された輝度ストレッチ量に基づいてバックライト部６全体を一律にストレッチする。

　これにより、発光している明るい映像はより明るくなって輝き感が増す。また、非発光部分は、映像信号処理により輝度ストレッチに相当する輝度が低減されているため、結果として、画面上では発光部分の輝度が高くなって、高コントラストの品位の高い映像を表示することができる。
　第３の実施形態における他の構成部分の動作については、第２の実施形態と同様であるため、繰り返しの説明は省略する。

（他の特徴量）
　上記の各例では、発光検出部２における発光部の検出処理において、映像の特徴量として輝度Ｙを使用し、輝度のヒストグラムを生成してその中から発光部を検出していた。
ヒストグラムを生成する特徴量としては、輝度の他、例えばＣＭＩ（Ｃｏｌｏｒ　Ｍｏｄｅ　Ｉｎｄｅｘ）、もしくは、ＭａｘＲＧＢを用いることができる。

　ＣＭＩは、注目する色がどの程度明るいかを示す指標である。ここではＣＭＩは輝度とは異なり、色の情報も加味された明るさを示している。ＣＭＩは、
　Ｌ＊／Ｌ＊ｍｏｄｅｂｏｕｎｄａｒｙ×１００　・・・式（４）
により定義される。

　上記Ｌ＊は相対的な色の明るさの指標で、Ｌ＊＝１００のときに、物体色として最も明るい白色の明度となる。上記式（４）において、Ｌ＊は注目している色の明度であり、Ｌ＊ｍｏｄｅｂｏｕｎｄａｒｙは、注目している色と同じ色度で発光して見える境界の明度である。ここでＬ＊ｍｏｄｅｂｏｕｎｄａｒｙ≒最明色（物体色で最も明るい色）の明度となることがわかっている。ＣＭＩ＝１００となる色の明度を発光色境界とよび、ＣＭＩ＝１００を超えると発光していると定義する。

　映像表示装置で表示すべき放送映像信号からＣＭＩを計算する手法を図１１を参照して説明する。放送映像信号はＢＴ．７０９規格に基づいて規格化されて送信される。従ってまず放送映像信号のＲＧＢデータをＢＴ．７０９用の変換行列を用いて３刺激値ＸＹＺのデータに変換する。そしてＹから変換式を用いて明度Ｌ＊を計算する。注目する色のＬ＊が図１１の位置Ｐ１にあったものとする。次に変換したＸＹＺから色度を計算し、既に知られている最明色のデータから、注目する色と同じ色度の最明色のＬ＊（Ｌ＊ｍｏｄｅｂｏｕｎｄａｒｙ）を調べる。図１１上の位置はＰ２である。

　これらの値から、上記式（４）を用いてＣＭＩを計算する。ＣＭＩは、注目画素のＬ＊とその色度の最明色のＬ＊（Ｌ＊ｍｏｄｅｂｏｕｎｄａｒｙ）との比で示される。
　上記のような手法で映像信号の画素ごとにＣＭＩを求める。規格化された放送信号であるため全ての画素は、ＣＭＩが０～１００の範囲のいずれかをとる。そして１フレーム映像に対して、横軸をＣＭＩとし、縦軸を頻度としてＣＭＩヒストグラムを作成する。ここで平均値Ａｖｅ．と標準偏差σとを算出し、各閾値を設定して発光部分を検出する。

　また、他の例では、特徴量は、ＲＧＢデータのうちの最大階調値をもつデータ（ＭａｘＲＧＢ）である。ＲＧＢの組み合わせにおいて、２つの色が同じ色度であることは、ＲＧＢの比が変化しないことと同義である。つまりＣＭＩにおいて同じ色度の最明色を演算する処理は、ＲＧＢデータの比率を変えずに一定倍したときに、ＲＧＢデータの階調が最も大きくなるときのＲＧＢの組み合わせを得る処理になる。

　例えば、図１２（Ａ）に示すような階調のＲＧＢデータをもつ画素を注目画素とする。注目画素のＲＧＢデータに一定の数を乗算したとき、図１２（Ｂ）に示すようにＲＧＢのいずれかが最初に飽和したときの色が、元画素と同じ色度で最も明るい色である。そして最初に飽和した色（この場合Ｒ）の注目画素の階調をｒ１、最明色のＲの階調をｒ２とするとき、
　ｒ１／ｒ２×１００　　　・・・式（５）
　によってＣＭＩに類似した値を得ることができる。ＲＧＢに一定倍したときに最初に飽和する色は、注目画素のＲＧＢのうち最大の階調をもつ色になる。

　そして画素毎に上記のような式（５）による値を算出してヒストグラムを作成する。このヒストグラムから平均値Ａｖｅ．と標準偏差σを計算し、各閾値を設定して発光部分を検出することができる。

１…信号処理部、２…発光検出部、３…マッピング部、４…エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部、５…バックライト制御部、６…バックライト部、７…表示制御部、８…表示部、４１…輝度ストレッチ部。

Claims

　入力映像信号を表示する表示部と、該表示部を照明する光源と、該表示部および該光源を制御する制御部とを有し、
　該制御部は、前記入力映像信号の所定の特徴量のヒストグラムに基づいて、該ヒストグラムの所定範囲の上位領域を検出し、
　前記光源の輝度をストレッチして増大させ、前記所定範囲の上位領域を除く領域の映像信号の輝度を低下させることにより、前記所定範囲の上位領域の表示輝度をエンハンスすることを特徴とする映像表示装置。
　請求項１に記載の映像表示装置において、
　前記制御部は、入力映像信号による画像を複数の領域に分割し、前記分割した領域の映像信号の階調値に基づいて前記光源の領域の点灯率を変化させ、
　全ての前記領域の平均点灯率に基づき、前記光源の輝度をストレッチすることを特徴とする映像表示装置。
　請求項２に記載の映像表示装置において、
　前記制御部は、前記平均点灯率と、前記表示部の画面上で取り得る最大輝度との関係を予め定めておき、前記平均点灯率に応じて定まる前記最大輝度に基づいて、前記光源の輝度をストレッチすることを特徴とする映像表示装置。
　請求項１に記載の映像表装置において、
　前記制御部は、前記検出した所定範囲の上位領域を含む所定範囲の映像について、画素毎の明るさに重みを付けて画素数をカウントすることにより明るさの度合いを示すスコアを計算し、該スコアに応じて前記光源の輝度をストレッチすることを特徴とする映像表示装置。
　請求項１～３のいずれか１に記載の映像表示装置において、
　前記制御部は、前記ヒストグラムの平均値をＡ、標準偏差をσとするとき、
　　ｔｈｒｅｓｈ＝Ａ＋Ｎσ（Ｎは定数）
以上を前記所定範囲の上位領域とすることを特徴とする映像表示装置。
　請求項１～５のいずれか１に記載の映像表示装置において、前記制御部は、前記特徴量が低い所定領域において、前記光源の輝度のストレッチによる表示部の表示輝度の増加分を、前記映像信号の輝度の低下により、低減させることを特徴とする映像表示装置。
　請求項１～６のいずれか１に記載の映像表示装置を備えたテレビ受信装置。