WO2013121600A1 - 映像表示装置およびテレビ受信装置 - Google Patents

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立たせて表示させ、このときに映像の黒表示の状態に応じて輝度ストレッチ量を制御することにより、輝き感を増して映像品位を向上させる。　発光検出部（１２）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（１４）は、入力映像信号から所定の条件に基づき算出した明るさに関連する指標に基づいて、バックライト部（１６）の輝度をストレッチして増大させ、発光部を除く非発光部の映像信号の輝度を低下させる。このとき、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部（１４）は、黒検出部（１９）により検出した黒表示の量に従って、明るさに関連する指標とストレッチ量との関係を定める制御カーブを切り換える。

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に映像信号とバックライト光源の輝度ストレッチ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。

　近年、テレビ受像機の表示技術に関して、自然界に存在するものを忠実に再現して表示するＨＤＲ（ｈｉｇｈ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒａｎｇｅ　ｉｍａｇｉｎｇ）に係る技術が盛んに研究されている。ＨＤＲの目的の一つとして、例えば、画面内の花火やネオンといった発光色部分を忠実に再現して、輝き感を出すことがある。

　この場合、発光色と物体色とを発光検出機能によって検出して分離し、信号処理とバックライトの発光輝度制御とによって画面上の発光色のみを明るくすることができる。ここでは、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ストレッチすることにより、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。

　従来の技術として、例えば特許文献１には、消費電力を増大させることなく、かつ映像を破綻させることなく、画面がさらに明るく見えるようにすることを目的とした表示装置が開示されている。この表示装置は、ＡＰＬなどの映像特徴量からバックライト光源の発光輝度レベルを設定するための参照用の発光輝度レベルを設定する。そして参照用の発光輝度レベルに連動させて視覚上の輝度を保つためのゲインを設定し、そのゲインに基づいてトーンカーブを生成する。一方、映像のヒストグラムに基づいて生成した映像について、ジオメトリック平均値を求め、そのジオメトリック平均値に基づいてゲインを計算し、計算したゲインに基づいて補正用のトーンカーブを生成する。そしてこの補正用のトーカーブにより、上記の参照用の発光輝度レベルに連動するトーンカーブを補正して、映像信号に適用する。

特開平２０１０－２７１４８０号公報

　上記のように、ＨＤＲの技術においては、画面の中で明るく輝いている発光部分を検出し、その発光部分の表示輝度をストレッチすることで、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。
　しかしながら、映像の状態に係わりなく一定の条件でＨＤＲを動作させると、映像によってはその品位が低下する場合もある。例えば、黒に相当する領域が多く暗い画面のような場合、ＨＤＲによって信号処理とバックライトの輝度ストレッチによって一律に画面輝度を増大させると、黒の表示領域に所謂黒浮きが生じ、コントラスト感が損なわれて映像品位が低下する場合がある。

　特許文献１の映像表示装置は、ＡＰＬ等を用いて設定した発光輝度レベルに連動させて生成したトーンカーブを、人間の感覚的な量に近い映像特徴量であるジオメトリック平均値に基づいて生成したトーンカーブで補正することにより、画面をさらに明るく見えるようにしているが、発光部分を検出してそのときの輝度をストレッチするものではなく、画面内の発光部分を特に際だたせて明るくし、このときに、映像の状態に応じて輝度ストレッチの程度を制御することで、黒浮きなどの映像品位の低下を防ぐとの思想は開示していない。

　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ストレッチ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表示を行い、このときに映像の黒表示の状態に応じて輝度ストレッチを制御することで、常に高品位の映像表現を行う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に対して、画素数を積算したヒストグラムを生成し、該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し、前記入力映像信号から所定の条件に基づき算出した明るさに関連する指標に基づいて、前記光源の輝度をストレッチして増大させ、前記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とにより、前記発光部の表示輝度をエンハンスする映像表示装置であって、該映像表示装置は、前記入力映像信号から、所定の黒検出条件に基づいて黒表示の量を検出する黒検出部を有し、前記制御部は、前記黒検出部により検出した黒表示の量に従って、前記明るさに関連する指標と前記光源の輝度をストレッチさせる輝度ストレッチ量との関係を定める制御カーブを切り換え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、前記制御部が、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、前記領域ごとに対応する前記光源の点灯率を変化させ、前記制御カーブは、全ての領域に相当する前記点灯率を平均した平均点灯率と、前記表示部の画面上で取り得る最大輝度によって示される輝度ストレッチ量との関係を定める制御カーブであって、前記制御部は、前記明るさに関連する指標として前記平均点灯率を用い、該平均点灯率に従っ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３の技術手段は、第１または２の技術手段において、前記制御カーブが、前記黒検出部により検出した黒表示の量が少なくなるほど、前記輝度ストレッチ量が小さくなる制御カーブであ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、前記制御カーブが、前記検出した発光部の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得られるスコアと、前記輝度ストレッチ量との関係を定める制御カーブであって、前記制御部は、前記明るさに関連する指標として前記スコアを用い、前記入力映像信号から計算した前記スコアに従っ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４の技術手段において、前記制御カーブが、前記黒検出部により検出した黒表示の量が少なくなるほど、前記輝度ストレッチ量が小さくなる制御カーブであることを特徴としたものである。

　第６の技術手段は、第２～５のいずれか１の技術手段において、前記制御部が、入力映像信号の入力階調を変換して出力する映像処理を行い、入力階調と出力階調との関係を定める入出力特性は、前記発光部と前記非発光部との境界より低階調の非発光部の領域に定めた閾値を有し、前記制御部は、映像信号に適用するゲインと前記輝度ストレッチ量との関係を予め定めておき、前記輝度ストレッチ量に従って、入力映像信号の入力階調に対して出力階調が低下するゲインを決定して、前記閾値より低階調の領域に前記決定したゲインを適用して前記映像処理を行い、該映像処理において、前記黒検出部により検出した黒表示の量が少なくなるほど、前記閾値を高階調側に移動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１～６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）以上の画素を前記発光部とすることを特徴としたものである。

　第８の技術手段は、第６の技術手段において、前記制御部が、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、前記映像処理により低減させることを特徴としたものである。

　第９の技術手段は、第１～８のいずれか１の技術手段による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ストレッチ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表示を行い、このときに映像の黒表示の状態に応じて輝度ストレッチを制御することで、常に高品位の映像表現を行う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・輝度ストレッチ部における発光領域の制御処理を説明する図である。 エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部における発光領域の制御処理を説明する他の図である。 平均点灯率の決定処理を具体的に説明する図である。 エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部の処理例を説明するための図である。 輝度信号Ｙから生成したＹヒストグラムの例を示す図である。 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。 黒検出部における黒検出処理例を説明するための図で、映像信号の輝度ヒストグラムの一例を示す図である。 黒検出スコアとエンハンス割合との関係の設定例を示す図である。 黒検出部における黒検出処理の他の例を説明するための図である。 人間の視細胞の輝度に対する応答曲線を示す図である。 ジオメトリック平均値とエンハンス割合との関係の設定例を示す図である。 黒検出結果に応じて変化させるＭａｘ輝度について説明するための図である。 黒の量の検出結果に応じて変化させる第１の閾値について説明する図である。 黒検出に応じたトーンマッピングの例を説明する図である。 、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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Ｙから生成したＹヒストグラムの例を示すものである。 第３の閾値Ｔｈ３以上の画素に応じた輝度ストレッチ量の計算例を示す図である。 黒検出結果に応じて変化させる輝度ストレッチ量の制御カーブの設定例を説明するための図である。 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ための図である。 特徴量として使用するＲＧＢの最大階調値について説明するための図である。

（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１１およびエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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１４への映像信号は、信号処理部１１のマッピング部１３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１４に入力する。

　信号処理部１１の発光検出部１２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。

　信号処理部１１の黒検出部１９では、予め定めた条件に従って、入力映像信号から黒表示に相当する量（画素数）を検出する。以下、黒表示に相当する量を単に黒の量とし、黒表示に相当する量の検出処理を黒検出処理として説明する。
　黒検出部１９では、入力映像信号から所定の演算処理によりフレーム毎に黒の量を検出する。そして、予め定められた黒の量とバックライトの輝度エンハンス割合との関係に基づいて、検出した黒の量に応じた輝度エンハンス割合を決定する。決定した輝度エンハンス割合は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４に出力する。本実施形態の輝度エンハンス割合とは、バックライトの平均点灯率に応じて定められるバックライトの輝度ストレッチ量を黒表示の量に応じて制限し調整するために用いるものである。

　マッピング部１３は、発光検出部１２で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１４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。Ｍａｘ輝度は、画面上で表示させたい最大輝度を示すものでバックライトの輝度ストレッチ量に相当するものである。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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１６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１６の領域ごとに定められる。また、バックライト部１６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１６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１４は、各領域の点灯率からバックライト部１６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１６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。ここで得られたＭａｘ輝度に対して、黒検出部１９による黒の検出結果に基づいてＭａｘ輝度が調整され、信号処理部１１のマッピング部１３に出力される。

　そして、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４では、黒の量の検出結果に応じて調整したＭａｘ輝度を信号処理部１１に戻して、バックライト部１６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１６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。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４は、バックライト部１６を制御するための制御データをバックライト制御部１５に出力し、バックライト制御部１５は、そのデータに基づいてバックライト部１６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１６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１４は、表示部１８を制御するための制御データを表示制御部１７に出力し、表示制御部１７は、そのデータに基づいて表示部１８の表示を制御する。表示部１８は、バックライト部１６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。

　なお、本実施形態においては、本発明の制御部はバックライト部１６と表示部１８を制御するものであり、信号処理部１１，エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４、バックライト制御部１５、及び表示制御部１７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１８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。
　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４では、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。図２～図３は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４における発光領域の制御処理を説明する図である。本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１４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。例えば図２（Ａ）に示すような映像を予め定められた複数の領域に分割する。ここでは、各領域の映像信号の最大階調値が抽出される。他の例では、最大階調値ではなく映像信号の階調平均値などの他の統計値を用いてもよい。以下、最大階調値を抽出した例により説明する。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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。このときの各領域のＬＥＤの点灯率の様子を図２（Ｂ）に示す。映像信号の階調が高く明るい部分では、ＬＥＤの点灯率を上げて明るい表示を行わせる。このときの処理を更に具体的に説明する。

　１フレームの各分割領域の最大階調値を抽出したときの様子の一例を図３に示す。図３では、説明を簡単にするため、１フレームの画面を８つの領域（領域〈１〉～〈８〉）に分割したものとする。図３（Ａ）に各領域（領域〈１〉～〈８〉）の点灯率を示し、図３（Ｂ）に各領域の点灯率と画面全体の平均点灯率とを示す。ここでは、それぞれの領域における最大階調値から、その領域のバックライトのＬＥＤの点灯率を計算する。点灯率は、例えばＬＥＤの駆動ｄｕｔｙによって示すことができる。この場合、点灯率Ｍａｘは１００％である。

　各領域の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（２１.７％）に低下させる。
　図３の例では、それぞれの領域についてバックライトの点灯率が１０～９０％の範囲で決定されている。こ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各領域の点灯率を計算する。
　そして映像信号の最大階調値から計算した領域ごとのバックライトの点灯率を平均して、１フレームにおけるバックライトの平均点灯率を計算する。この例では、平均点灯率は、図３（Ｂ）に示す平均点灯率のレベルとなる。平均点灯率は、本発明による明るさに関連する指標の一例である。

　図４は、平均点灯率の決定処理をさらに具体的に説明する図である。上記のように各領域の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。ここで各領域の実際の点灯率は、表示したい階調を正確に表示し、かつＬＥＤ　ｄｕｔｙをできるだけ低くするように決定する。各領域においてＬＥＤ　ｄｕｔｙをできるだけ低くしたいが、表示したい階調をつぶしたりせずに正確に表示する必要があるため、領域内の最大階調が表示でき、なおかつできるだけＬＥＤ　ｄｕｔｙを低くするようなＬＥＤ　ｄｕｔｙ（仮の点灯率）を設定し、それをもとに表示部１８（ここではＬＣＤパネル）の階調を設定する。

　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で、かつ図３（Ａ）のうちの１つの領域内の複数の画素の階調値が図４（Ａ）で示される場合について説明する。ここでは１つの領域に９つの画素が対応しているものとする。図４（Ａ）で示す画素群では、最大階調値が１２８であり、その場合には図４（Ｂ）で示すように、その領域のバックライトの点灯率を（１／（２５５／１２８））^2.2＝０.２１７倍（２１.７％）に低下させる。

　そして一例として、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４は、このように点灯率を決めると共に、表示部１８における画素ごとの階調値を、その画素が含まれる領域について点灯率を考慮して計算する。例えば、表示したい階調値が９６の場合、９６／（１２８／２５５）＝１９２であるため、階調値１９２を用いて画素を表現すればよい。同様にして、図４（Ａ）の各画素に対して表示させる際の階調値を計算した結果を、図４（Ｃ）に示す。

　実際のバックライト部１６の輝度は、平均点灯率に応じて決まるＭａｘ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／ｍ²）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。

　図５は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４の処理例を説明するための図である。上記のようにエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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５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／ｍ²）を示している。平均点灯率は、点灯率１００％の点灯領域（ウィンドウ領域）と点灯率０％の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。

　図５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／ｍ²）とする。そして、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Ｑ１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／ｍ²）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／ｍ²）に比較して１５００（ｃｄ／ｍ²）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／ｍ²）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Ｑ１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１４は、図５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１５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１４に入力する映像信号は、以下に説明する信号処理部１１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１４は、図５の曲線に従ってバックライトの平均点灯率、および黒検出部１９から出力された黒検出結果から求めたＭａｘ輝度の値を信号処理部１１のマッピング部１３に出力する。マッピング部１３では、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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１１について説明する。
　信号処理部１１の発光検出部１２では、映像信号から発光している部分を検出する。図６は、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１２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。また、Ｍの値は黒検出部１９による黒の量の検出結果に応じて変化するものである。
　発光検出部１２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１３に出力され、トーンマッピングの生成に使用される。

　図７は、マッピング部１３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１２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１２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１３には、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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、および黒検出部１９から出力される黒検出量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／ｍ²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１４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＝（Ｔｈ２－Ｇ１・Ｔｈ１）／（Ｔｈ２－Ｔｈ１）　　・・・式（４）
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７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１３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１４に入力される。

　図８は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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１４は、マッピング部１３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、黒検出部１９からの黒検出結果に応じてＭａｘ輝度の制御カーブが変化するが、ここでは説明のために黒検出は考慮しない。

　上記の平均点灯率に基づき決定したフレームを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１１のマッピング部１３に出力される。マッピング部１３では、入力したＮフレームのＭａｘ輝度を使用して図７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、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１３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Ｑ１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Ｑ１より低点灯率の領域では見られず、逆の傾向となる。

　次に信号処理部１１の黒検出部１９の検出処理について説明する。本発明に係る実施形態では、上記図５に示すごとくの平均点灯率に応じたＭａｘ輝度の制御カーブを、黒検出部１９における黒の量の検出結果に応じて変化させる。黒検出処理は以下の処理例のいずれかを適用することができる。

（黒検出処理１）
　図９は、黒検出部における黒検出処理例を説明するための図で、映像信号の輝度ヒストグラムの一例を示す図である。本例では、黒検出部１９では、映像信号の特徴量として輝度を用い、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輝度Ｙのヒストグラムを生成する。映像信号の特徴量として輝度信号ではなく他の特徴量を用いることもできるが、他の特徴量の例については後述し、ここでは輝度ヒストグラムを用いた例を示す。

　黒検出部１９では、このヒストグラムに対して、黒領域であること示す第４の閾値Ｔｈ４を設定する。第４の閾値Ｔｈ４以下の輝度領域の画素は、黒表示を行う画素（黒に相当する画素）と規定して扱う。従って、例えば、２５６階調表現の場合、０階調から０階調付近の数階調までの領域を黒に相当する領域として規定することができる。
　そして黒検出部１９では、第４の閾値Ｔｈ４以下の輝度領域の画素数をカウントし、カウント結果に応じて黒表示のスコア（黒検出スコア）を決定する。黒検出スコアは、フレーム内の全ての画素が黒領域に含まれるときをＭａｘとし、黒領域に一つの画素もないときを０として、そのカウントされた画素数に応じて決定する。

　図１０は、黒検出スコアとエンハンス割合との関係の設定例を示す図である。黒検出部１９では、図１０に示すような関係を予め定めておく。そして、図９のヒストグラムから得られた黒検出スコアに従って、エンハンス割合を決定する。ここでは、黒検出スコアが比較的低く黒表示が少ない領域Ｓ０～Ｓ１では、エンハンス割合は１００％に維持する。つまり、黒表示の領域が小さいため黒浮きの影響が少なく、発光量に応じて定められる輝度エンハンス量を制限する必要がないため、エンハンス割合を１００％として輝度エンハンスによる明るい部分の輝き感を重視する。

　また黒検出スコアが中程度の領域Ｓ１～Ｓ２では、黒検出スコアの増大、つまり黒の量の増大に応じてエンハンス割合を低くしていく。黒表示が増えると黒浮きが目立ちやすくなるため、発光量に応じて定められる輝度エンハンス量を制限して、黒浮きを抑えるようにする。そして黒検出スコアが高い領域Ｓ２～Ｓ３（スコア＝Ｍａｘ）では、画面内に黒表示の領域が極めて多いため、エンハンス割合を０にする。これにより発光量に応じた輝度エンハンスをなくし、標準的な輝度でバックライトを点灯させるようにする。

（黒検出処理２）
　図１１は、黒検出部における黒検出処理の他の例を説明するための図である。本例の処理では、上記黒検出処理１と同様にＹヒストグラムを生成するが、他の特徴量によるヒストグラムを用いてもよい。また、Ｙヒストグラムとしては、発光検出部１２で生成したヒストグラムが利用できればこれを用いるものであってもよい。
　そして黒検出部１９では、生成したＹヒストグラムからフレームごとの黒の量を検出するが、このときに、黒に重み（ｗｅｉｇｈｔ）を付けたパラメータを黒検出スコアとする。

　ここで黒検出スコアは、
　ＳＣＯＲＥ（黒検出スコア）＝（Σｃｏｕｎｔ［ｉ］×Ｗ［ｉ］）／Σｃｏｕｎｔ［ｉ］　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・式（５）
によって計算する。ここでｃｏｕｎｔ［ｉ］は、ヒストグラムのｉ番目の特徴量（輝度、Ｍａｘ　ＲＧＢ、ＣＭＩなど）の頻度（画素数）である。またＷ［ｉ］はｉ番目の重み（ｗｅｉｇｈｔ）であり、重みを定める関数は任意に設定できる。

　図１１では、重み付けの関数Ｗ［ｉ］の設定例を示している。基本的にヒストグラムの特徴量が小さい程（黒に近いほど）重みを大きくする。そして、特徴量（輝度階調）ごとの画素数の積算値に重みを乗算することで、黒に重み付けされた関数に基づく黒検出スコアを算出する。

　黒検出スコアとエンハンス割合との関係は、上記図１０と同じ関係を定めることができる。つまり、黒検出スコアが比較的低く黒表示が少ない領域Ｓ０～Ｓ１では、エンハンス割合は１００％とし、黒検出スコアが中程度の領域Ｓ１～Ｓ２では、黒検出スコアの増大、つまり黒の量の増大に応じてエンハンス割合を低くしていく。そして黒検出スコアが高い領域Ｓ２～Ｓ３（スコア＝Ｍａｘ）では、画面内に黒表示の領域が極めて多いため、エンハンス割合を０にする。これにより発光量に応じた輝度エンハンスをなくし、標準的な輝度でバックライトを点灯させるようにする。

（黒検出処理３）
　黒検出部１９における黒検出の更に他の処理例においては、人間の視覚特性に合致した映像信号の平均輝度の指標であるジオメトリック平均値ＧＡｖｅ（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　Ａｖｅｒａｇｅ）を使用する。ＧＡｖｅは、信号輝度の平均ではなく、液晶パネルの輝度の平均を視覚特性に合致した値として算出した輝度平均値である。具体的には、ＧＡｖｅ.は、以下の式（７）で表される。

　上記式（６）において、δはｌｏｇ０となるのを防ぐ微少な値である。例えばδは、人が知覚できる最小輝度を示す値で、例えばδ＝０.００００１とすることができる。また、Ｙｌｕｍは、各画素のパネル輝度を示すもので、０－１.０の値となる。Ｙｌｕｍは、（信号輝度／ＭＡＸ輝度）＾γで表すことができる。また、ｎ、ｐｉｘｅｌｓは、全画素数を示している。このように、式（６）は、画像の画素の輝度値の対数の平均を累乗したものであり、言い換えれば相乗平均の値を示している。

　図１２は、人間の視細胞の輝度に対する応答曲線を示す図である。図１２に示すように、人間の視細胞の応答曲線は、対数を取った輝度の値（ｌｕｍｉｎａｎｃｅ（ｌｏｇ　ｃｄ／ｍ²）に依存している。これは一般的には、ミカエリスメンテンの式（Ｍｉｃｋａｅｌｉｓ－Ｍｅｎｔｅｎ　Ｅｑｕａｔｉｏｎ）と呼ばれている。
　ＧＡｖｅは、上記のように画素の輝度値の対数の平均を累乗したものであり、従って、ＧＡｖｅは、画像に対する目の反応（つまりどのくらい明るく見えるのか）を数値化したものであるといえる。つまり、ＧＡｖｅは、人間の感覚的な量に近いといえ、この値を特徴量として使用して、ＧＡｖｅに応じたエンハンス割合を決定する。

　本例において入力映像信号は、黒検出部１９に入力されるとまずＧＡｖｅが計算される。ここでは、上記式（６）に従って、以下の処理を行ってＧＡｖｅが計算される。
　（Ｓ１）ヒストグラムの各画素毎に正規化を行ってγ乗して、パネル輝度値を算出し、最小輝度値とパネル輝度値とを加算してその値のｌｏｇ１０の値をとる。
　（Ｓ２）ｌｏｇ１０の結果を全ての画素について加算する。
　（Ｓ３）加算した結果の平均のｅｘｐをとる。

　図１３は、ジオメトリック平均値とエンハンス割合との関係の設定例を示す図である。黒検出部１９では、図１３に示すような関係を予め定めておく。そして、入力映像信号から計算したフレームごとのジオメトリック平均値に従って、エンハンス割合を決定する。ここでは、ジオメトリック平均値が比較的低く黒表示が少ない領域Ｐ０～Ｐ１では、エンハンス割合は０％とする。つまり、黒表示が増えると黒浮きが目立ちやすくなるため、人間の感覚的な量に近いジオメトリック平均値に応じて定められる輝度エンハンス量を０％に抑えて、黒浮きを抑えるようにする。

　またジオメトリック平均値が中程度の領域Ｐ１～Ｐ２では、ジオメトリック平均値の増大、つまり黒の量の減少に応じてエンハンス割合を高くしていく。黒表示が減少すると黒浮きの影響が少なくなるため、ジオメトリック平均の増大に応じて輝度エンハンス量割合を高くしていく。そしてジオメトリック平均値が高い領域Ｐ２～Ｐ３（ジオメトリック平均値＝Ｍａｘ）では、画面内に黒表示の領域が極めて少ないため、エンハンス割合を１００％にし、輝度エンハンスによる明るい部分の輝き感を重視して強調させる。

（黒検出に基づくバックライトの輝度制御例）
　上記のように、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４は、マッピング部１３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。このときに、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４では、黒検出部１９における黒の量の検出結果に応じて、Ｍａｘ輝度の制御カーブを異ならせ、黒検出量が多い程、平均点灯率とＭａｘ輝度との関係を緩やかなカーブにして、Ｍａｘ輝度を抑えるようにする。また、同時にマッピング部１３では、黒検出部１９における黒の量の検出結果に応じて、第１の閾値ｔｈ１を輝度等の特徴量が高い側にシフトさせ、これにより映像信号処理により暗い領域の階調をより低く沈めてコントラスト感が得られるようにしている。

　図１４は、黒検出結果に応じて変化させるＭａｘ輝度について説明するための図である。
　上述したようにエリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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１４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。

　このときに、黒検出部１９による映像の黒の量の検出結果に応じて、図１４のＭａｘ輝度の設定を変化させる。例えば、黒検出部１９からは、黒検出の方法に応じて、黒検出スコアもしくはジオメトリック平均値に従うエンハンス割合が出力されてくる。エンハンス割合が高い領域は、相対的に黒の量が少ない領域である。ここでエンハンス割合とＭａｘ輝度の制御カーブとの関係を予め定めておき、黒検出部１９から出力されるエンハンス割合に応じてＭａｘ輝度の制御カーブを変更する。

　例えば、図１４に示すように、Ｍａｘ輝度の制御カーブを４段階用意し、最もエンハンス割合が高い所定範囲の場合には、制御カーブＲ１で制御し、エンハンス割合が低くなるに従って、段階的に制御カーブＲ２，Ｒ３，Ｒ４の順序で変更する。制御カーブＲ４は、最もエンハンス割合が低く暗い（黒検出スコアが高い、もしくはジオメトリック平均値が高い）映像の場合となる。これにより、黒の領域が多く黒検出スコアやジオメトリック平均値が高くなる映像の場合には、バックライトの輝度ストレッチを抑えて黒浮きによる品位低下を防ぐようにする。

　なお、図１４の例では、制御カーブを４段階に設定したが、４段階に限ることなく２段階以上の複数段階で制御することができる。また、エンハンス割合に応じて無段階で変化するように制御カーブをその都度生成するようにしてもよい。

　図１５は、黒の量の検出結果に応じて変化させる第１の閾値について説明する図である。上記のように、発光検出部１２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。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、発光境界を定める第２の閾値Ｔｈ２と、Ｔｈ２より小さい領域の階調性などの違和感を抑えるための第１の閾値Ｔｈ１（Ｔｈ１＝Ａｖｅ＋Ｍσ）とを設定する。

　このときに、黒検出部１９による映像の黒の量の検出結果に応じて、図１５の第１の閾値Ｔｈ１の位置を変化させる。例えば、黒検出部１９からは、黒検出の方法に応じて、黒検出スコアもしくはジオメトリック平均値に従うエンハンス割合が出力されてくる。エンハンス割合が高い領域は、相対的に黒の量が少ない領域である。ここでエンハンス割合と第１の閾値Ｔｈ１の位置との関係を予め定めておき、黒検出部１９から出力されるエンハンス割合に応じて第１の閾値Ｔｈ１の位置を変更する。具体的には、Ｔｈ１＝Ａｖｅ＋Ｍσの“Ｍ”の値を変更して、Ｔｈ１の位置をヒストグラムの輝度方向に変化させる。このときに、エンハンス割合に応じて予め複数段階で第１の閾値Ｔｈ１の位置を設定してもよく、あるいは、エンハンス割合に応じて無段階で変化するように第１の閾値Ｔｈ１の位置を設定するようにしてもよい。

　例えば、図１５に示すように、エンハンス割合が低くなる程、Ｍの値を大きくして、第１の閾値Ｔｈ１を高輝度側にシフトさせる。これにより、黒の領域が多く黒検出スコアやジオメトリック平均値が高くなる映像の場合には、第１の閾値Ｔｈ１の位置が高輝度側シフトする。

　図１６は、黒検出に応じたトーンマッピングの例を説明する図である。上記のようにマッピング部１３では、第１の閾値Ｔｈ１より小さい領域に対して第１のゲインＧ４を設定し、Ｔｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶように第２のゲインＧ５を設定してトーンマッピングを行う。このときに、黒検出部１９による映像の黒の量の検出結果に応じて決定した第１の閾値Ｔｈ１の位置に従ってトーンマッピングを行う。この場合、図１６に示すように、黒の領域が多くエンハンス割合が低くなる程、第１の閾値Ｔｈ１が高輝度側にシフトし、これにより低輝度領域の階調をより広い範囲で低く抑えられることで、よりコントラスト感を重視した画質とすることができる。

　また、Ｍａｘ輝度と第１の閾値の他の設定例として、上記のように黒検出部１９から出力されたエンハンス割合ではなく、黒検出部１９により検出された黒検出スコアの量、もしくはジオメトリック平均値に応じて、Ｍａｘ輝度および第１の閾値Ｔｈ１の位置を設定するものであってもよい。黒検出スコアおよびジオメトリック平均値は、そのままで映像の黒領域の程度を表す一つの指標となるため、これらの値に応じて例えば黒の量が多くなるに従って、Ｍａｘ輝度を抑えて黒浮きを防ぐとともに、第１の閾値Ｔｈ１を高輝度側にシフトさせてコントラスト感を重視するように制御することができる。

　図１７は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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１８の画面輝度（ｃｄ／ｍ²）である。
　Ｔ２、Ｔ３は、発光検出部１２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１２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、Ｔ３～Ｔ４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／ｍ²）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／ｍ²）なる。この場合のＭａｘ輝度は、映像信号に基づき決定された平均点灯率と、黒検出処理による黒の量の検出結果に応じて決定されたＭａｘ輝度である。

　一方、Ｔ１～Ｔ２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１４で決定されたＭａｘ輝度に従って、マッピング部１３で輝度ストレッチ分に対応して、閾値Ｔｈ１（Ｔ２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。Ｔ２～Ｔ３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、Ｔ１～Ｔ２の基準輝度に基づく曲線と、Ｔ３～Ｔ４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／ｍ²）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１４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（Ｔ１）からＴ２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Ｔ３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。

　この場合、黒検出部１９による黒の検出量が多くなってＭａｘ輝度が抑えられると、Ｔ１～Ｔ２の基準輝度に基づく曲線と、Ｔ３～Ｔ４のＭａｘ輝度に基づく曲線との画面輝度方向の差が小さくなる。つまり黒検出部で検出された黒の量に応じて決まるＭａｘ輝度が小さくなるに従って、Ｔ３～Ｔ４のカーブが低輝度側にシフトしていく。また、Ｔ２の位置は、黒検出の量に応じて変化する第１の閾値ｔｈ１の位置に相当するため、黒の検出量が多くなるとＴ２の位置も入力信号の高階調側にシフトし、コントラス感が重視された表示となる。なお、Ｔ１～Ｔ２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Ｇ４を適宜調整して設定することができる。

（実施形態２）
　図１８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１４で決定することなく、発光検出部１２および黒検出部１９の検出結果に基づき輝度ストレッチ量を決定し、その決定した輝度ストレッチ量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１１のマッピング部１３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１４から出力させる必要はない。

　黒検出部１９は、予め定めた条件に従って、入力映像信号から黒表示に相当する量を検出する。本実施形態において、黒検出部１９が行う黒検出処理としては、実施形態１で説明した黒検出処理１～３のいずれかを適用することができる。この黒検出処理により、黒検出部１９からは、黒検出スコアもしくはジオメトリック平均値に応じたエンハンス割合が出力されてくる。エンハンス割合が高い領域は、相対的に黒の量が少ない領域である。黒検出部１９による検出結果は、発光検出部１２およびマッピング部１３に入力される。

　図１９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１２では、映像の特徴量として輝度を用い、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。映像の特徴量としては、後述する他の特徴量を用いることができるが、ここでは輝度を用いるものとする。

　本実施形態では、実施形態１の第１の閾値Ｔｈ１および第２の閾値Ｔｈ２に加えて、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）　　　　・・・式（７）
　となる。

　図２０は、第３の閾値Ｔｈ３以上の画素に応じた輝度ストレッチ量の計算例を示す図である。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。スコアは本発明の明るさに関連する指標の一例に相当する。
　スコアは、［ある閾値以上の画素の割合］×［閾値からの距離（輝度の差）］と定義し、第３の閾値Ｔｈ３より大きな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、下式（８）によって計算される。

　式（８）において、ｃｏｕｎｔ［ｉ］は、階調値ｉについての画素数のカウントである。また、ｉ²－（Ｔｈｒｅｓｈ３）²は、図１９で示したような輝度についての距離（輝度の差）を指し、代わりに、明度Ｌ^＊における閾値からの距離を採用してもよい。なお、この２乗は輝度を表すものであり、実際には２.２乗となる。つまり、デジタルのコード値がｉの場合、輝度はｉ^2.2となる。そのとき、明度Ｌ^＊は（ｉ^2.2）^1／3≒ｉとなる。実際の映像表示装置で検証した結果、輝度での閾値からの差が明度での閾値からの差などより効果的であった。また、式（８）において、全画素数とはｉ＞Ｔｈ３に限らず全ての画素数をカウントした値を指す。スコアとしてこのような計算値を採用すると、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／ｍ²）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。そして発光検出部１２では、黒検出部１９における黒の量の検出結果に応じて、図２１に示す制御カーブを変化させる。この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。

　図２１は、黒検出結果に応じて変化させる輝度ストレッチ量の制御カーブの設定例を説明するための図である。上記のように発光検出部１２では、閾値Ｔｈ３以上の画素値のスコアに応じて輝度ストレッチ量を決定するが、このときのスコアと輝度ストレッチ量との関係を定める制御カーブを、黒検出部１９から出力された検出結果に応じて変化させる。具体的には、黒検出部１９から検出結果として出力されてくるエンハンス割合と、制御カーブとの関係を予め定めておき、黒検出部１９から出力されるエンハンス割合に応じて制御カーブを変更する。

　例えば、図２１に示すように、輝度ストレッチの制御カーブを４段階用意し、最もエンハンス割合が高い所定範囲の場合には、制御カーブＵ１で制御し、エンハンス割合が低くなるに従って、段階的に制御カーブＵ２，Ｕ３，Ｕ４の順序で変更する。制御カーブＵ４は、最もエンハンス割合が低く暗い（黒検出スコアが高い、もしくはジオメトリック平均値が高い）映像の場合となる。これにより、黒の領域が多く、黒検出スコアやジオメトリック平均値が高くなる映像の場合には、バックライトの輝度ストレッチを抑えて黒浮きによる品位低下を防ぐようにする。

　なお、図２１の例では、制御カーブを４段階に設定したが、４段階に限ることなく２段階以上の複数段階で制御することができる。また、エンハンス割合に応じて無段階で変化するように制御カーブをその都度生成するようにしてもよい。

　次に発光検出部１２では、実施形態１と同様の処理により、黒検出部１９の検出結果に応じてＹヒストグラムにおける第１の閾値Ｔｈ１の位置を変更する。例えば、実施形態１で説明したように、図１５のヒストグラムにおいて、黒検出によるエンハンス割合が低くなる程、第１の閾値Ｔｈ１を高輝度側にシフトさせる。これにより、黒の領域が多く黒検出スコアやジオメトリック平均値が高くなる映像の場合には、第１の閾値Ｔｈ１の位置が高輝度側シフトする。

　輝度ストレッチ量と第１の閾値の他の設定例として、上記のように黒検出部１９から出力されたエンハンス割合ではなく、黒検出部１９により検出された黒検出スコアの量、もしくはジオメトリック平均値に応じて、輝度ストレッチ量および第１の閾値Ｔｈ１の位置を設定するものであってもよい。黒検出スコアおよびジオメトリック平均値は、そのままで映像の黒領域の程度を表す一つの指標となるため、これらの値に応じて例えば黒の量が多くなるに従って、輝度ストレッチ量を抑えて黒浮きを防ぐとともに、第１の閾値Ｔ１を高輝度側にシフトさせてコントラスト感を重視するように制御することができる。

　発光検出部１２から出力された第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１３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１３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１５に示すように、発光検出部１２にて設定した第１の閾値Ｔｈ１より小さい領域に対して第１のゲインＧ４を設定し、Ｔｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶように第２のゲインＧ５を設定する。このときに、ゲインＧ４の設定に際して、発光検出部１２による黒の量の検出結果に応じて決定され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１４に入力する。

　エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部１４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１４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１１に出力する必要はなく、逆に信号処理部１１の発光検出部１２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１６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１４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、発光検出部１２から出力された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１７と同様になる。

（実施形態３）
　図２２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２０ではエリアアクティブ制御を行うことなく、信号処理部１１の発光検出部１２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１６の輝度をストレッチする。

　つまり輝度ストレッチ部２０では、マッピング部１３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１７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、発光検出部１２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１６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１２における発光部の検出処理、および黒検出部１９における黒検出処理（黒検出処理１，２）における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、及び黒の量を検出していた。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（９）
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（９）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２３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２４の位置Ｃ１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２３上の位置はＣ２である。

　これらの値から、上記式（９）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２４（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２４（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（１０）
　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（１０）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し、もしくは黒の量を検出することができる。このときのヒストグラムは、式１０に従って０～１００の値に変換することなく、画素のＲＧＢの最大階調値を積算するものであってもよい。

１１…信号処理部、１２…発光検出部、１３…マッピング部、１４…エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部、１５…バックライト制御部、１６…バックライト部、１７…表示制御部、１８…表示部、１９…黒検出部、２０…輝度ストレッチ部。

Claims (9)

1. 　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に対して、画素数を積算したヒストグラムを生成し、該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し、
   　前記入力映像信号から所定の条件に基づき算出した明るさに関連する指標に基づいて、前記光源の輝度をストレッチして増大させ、前記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とにより、前記発光部の表示輝度をエンハンスする映像表示装置であって、
   　該映像表示装置は、前記入力映像信号から、所定の黒検出条件に基づいて黒表示の量を検出する黒検出部を有し、
   　前記制御部は、前記黒検出部により検出した黒表示の量に従って、前記明るさに関連する指標と前記光源の輝度をストレッチさせる輝度ストレッチ量との関係を定める制御カーブを切り換えることを特徴とする映像表示装置。
2. 　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、該分割した領域の映像信号の階調値に基づいて、前記領域ごとに対応する前記光源の点灯率を変化させ、
   　前記制御カーブは、全ての領域に相当する前記点灯率を平均した平均点灯率と、前記表示部の画面上で取り得る最大輝度によって示される輝度ストレッチ量との関係を定める制御カーブであって、
   　前記制御部は、前記明るさに関連する指標として前記平均点灯率を用い、該平均点灯率に従っ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。
3. 　請求項１または２に記載の映像表示装置において、
   　前記制御カーブは、前記黒検出部により検出した黒表示の量が少なくなるほど、前記輝度ストレッチ量が小さくなる制御カーブであることを特徴とする映像表示装置。
4. 　請求項１に記載の映像表装置において、
   　前記制御カーブは、前記検出した発光部の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得られるスコアと、前記輝度ストレッチ量との関係を定める制御カーブであって、
   　前記制御部は、前記明るさに関連する指標として前記スコアを用い、前記入力映像信号から計算した前記スコアに従っ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。
5. 　請求項４に記載の映像表示装置において、
   　前記制御カーブは、前記黒検出部により検出した黒表示の量が少なくなるほど、前記輝度ストレッチ量が小さくなる制御カーブであることを特徴とする映像表示装置。
6. 　請求項２～５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、入力映像信号の入力階調を変換して出力する映像処理を行い、
   　入力階調と出力階調との関係を定める入出力特性は、前記発光部と前記非発光部との境界より低階調の非発光部の領域に定めた閾値を有し、
   　前記制御部は、映像信号に適用するゲインと前記輝度ストレッチ量との関係を予め定めておき、前記輝度ストレッチ量に従って、入力映像信号の入力階調に対して出力階調が低下するゲインを決定して、前記閾値より低階調の領域に前記決定したゲインを適用して前記映像処理を行い、該映像処理において、前記黒検出部により検出した黒表示の量が少なくなるほど、前記閾値を高階調側に移動させることを特徴とする映像表示装置。
7. 　請求項１～６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）
   　以上の画素を前記発光部とすることを特徴とする映像表示装置。
8. 　請求項６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、前記映像処理により低減させることを特徴とする映像表示装置。
9. 　請求項１～８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。

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