WO2013121601A1 - 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。発光検出部（１）は、入力映像信号の明るさに関連する所定の特徴量を用い、映像信号の発光量を特徴量との関係によって予め規定しておき、入力映像信号のフレームごとの特徴量から発光量を検出する。黒検出部（１０）は、入力映像信号から、所定の条件に基づいて黒表示を行う量を検出する。バックライト輝度ストレッチ部（３）は、検出した発光量に応じてバックライトの光源輝度をストレッチするが、その際に、黒検出部（１０）により検出した黒表示を行う量に基づいてバックライトの輝度ストレッチ量を制限する。

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、入力された映像信号に応じた光量制御と光量制御に連動した映像信号処理とを行う映像表示装置が開示されている。この映像表示装置は、映像信号に基づいてヒストグラムデータを生成し、そのヒストグラムデータに基づいて、黒に相当する階調の割合が大きくなるに従って光源の光量を少なくするよう光量を制御する。また、映像信号の入力階調に対する出力階調の特性を決める第１の階調補正データを保持し、ヒストグラムデータに基づいて黒に相当する階調の割合が大きくなるに従って大きくなる付加データを生成し、映像信号における所定の中間階調領域の階調を上げるため第１の階調補正データに中間階調領域におけるそれぞれの階調毎に付加する。

特開２００８－２０８８７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、この場合に、例えば夜空などの黒に近い部分の色は、信号処理では暗くすることができず、所謂黒浮きが目立って映像品位が低下する、という問題がある。

　特許文献１の映像表示装置は、映像信号の黒に相当する割合に応じて光量と映像信号とを制御しているが、黒に相当する割合が高いときに光量を少なくし、その分映像処理により出力階調を持ち上げるようにしている。つまり、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を有し、該制御部は、前記入力映像信号の明るさに関連する所定の特徴量に基づいて光源の輝度ストレッチ量を決定し、該輝度ストレッチ量に基づき前記光源の輝度をストレッチ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、所定の条件に基づいて黒表示を行う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を行う量が所定範囲にある場合に、前記所定の特徴量に基づいて決定した輝度ストレッチ量を、前記黒表示を行う量に応じて制限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、該制御部が、前記所定の特徴量もしくは他の特徴量に基づき、入力映像信号の発光部を検出し、該発光部の映像信号をストレッチして前記表示部に表示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、前記特徴量が、入力映像信号の輝度値であり、前記制御部は、前記入力映像信号のフレーム毎の輝度ヒストグラムに基づいて、該ヒストグラムに応じて予め規定された前記発光部を検出し、該検出した発光部を含む所定範囲の入力映像信号について、画素毎の輝度に重みを付けて画素数をカウントしたスコアに応じて予め規定された発光量を検出し、該検出した発光量に応じて前記光源の輝度のストレッチ量を決定することを特徴としたものである。

　第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記制御部が、前記輝度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みなすことを特徴としたものである。

　第５の技術手段は、第３の技術手段において、前記特徴量が、前記入力映像信号の各画素についてのＲＧＢの階調値の最大値であり、前記制御部は、前記入力映像信号の前記ＲＧＢの階調値の最大値を平均した値に応じて予め規定された発光部の発光量を検出し、該検出した発光量に応じて前記光源の輝度のストレッチ量を決定することを特徴としたものである。

　第６の技術手段は、第３または４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、該映像処理は、前記入力映像信号のフレーム毎の輝度のヒストグラムに基づいて、該ヒストグラムに応じて予め規定された前記発光部を検出し、該検出した前記発光部の領域内に、所定の特性変換点を設定し、前記特性変換点における入力映像信号の入力階調が所定の出力階調にまでストレッチされるように、前記特性変換点より低い階調の映像信号にゲインを適用し、前記特性変換点以上の入力階調では、前記特性変換点のゲイン適用後の出力階調と最大出力階調とを結ぶように入力階調に対する出力階調を設定する処理を含むことを特徴としたものである。

　第７の技術手段は、第３～５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、該映像処理は、映像信号に適用するゲインと前記発光量との関係を予め定めておき、入力映像信号から検出した前記発光量に応じてゲインを決定し、入力映像信号に前記決定したゲインを適用してストレッチし、前記ゲインの適用後の出力階調が所定の出力階調にまでストレッチされた点の入力階調を特性変換点とし、該特性変換点より低い階調では、前記ゲインを適用した出力階調で映像信号を出力し、該特性変換点以上の入力階調では、特性変換点のゲイン適用後の出力階調と最大出力階調とを結ぶように入力階調に対する出力階調を設定する処理を含むことを特徴としたものである。

　第８の技術手段は、第６または７の技術手段において、前記映像処理が、前記入力映像信号に所定のゲインを与えて映像信号をストレッチさせた後、前記発光部を除く非発光部の所定領域において、圧縮ゲインを与えて出力階調を低減させる処理を含むことを特徴としたものである。

　第９の技術手段は、第８の技術手段において、前記圧縮ゲインが、前記非発光部の所定領域において、前記光源の輝度のストレッチ及び前記ゲインの適用による映像信号のストレッチにより増加する表示輝度を低減させる値とすることを特徴としたものである。

　第１０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を有し、該制御部は、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、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、入力映像信号の他の特徴量に基づいて光源の輝度ストレッチ量を決定し、該輝度ストレッチ量に基づき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、所定の条件に基づいて黒表示を行う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を行う量が所定範囲にある場合に、前記他の特徴量に基づき決定した輝度ストレッチ量を、前記黒表示を行う量に応じて制限することを特徴としたものである。

　第１１の技術手段は、第１０の技術手段において、前記他の特徴量が、入力映像信号の階調値であり、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、前記輝度ストレッチ量を決定することを特徴としたものである。

　第１２の技術手段は、第１１の技術手段において、前記制御部が、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、前記輝度ストレッチ量を決定することを特徴としたものである。

　第１３の技術手段は、第１１または１２の技術手段において、前記制御部が、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）
以上の画素を発光部とすることを特徴としたものである。

　第１４の技術手段は、第１０～１３のいずれか１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１５の技術手段は、第１～１４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。 入力映像信号の輝度信号Ｙから生成した輝度ヒストグラムの一例を示すものである。 特徴量から発光量を検出する他の例を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ある。 黒検出部により検出した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。 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。 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。 発光量と基礎となる輝度エンハンス量との関係の設定例を示す図である。 輝度エンハンス量決定部で決定した輝度エンハンス量に応じたバックライト輝度の制御例を示す図である。 映像信号輝度ストレッチ部における映像信号の輝度ストレッチを説明するめの図で、映像信号の入出力特性の設定例を示す図である。 映像信号輝度ストレッチ部における映像信号の輝度ストレッチの他の処理例を説明するための図である。 入力映像信号にゲインを付与してストレッチするときの入出力特性の設定例を示す図である。 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。 マッピング部が生成するトーンマッピングの他の例を示す図である。 画面輝度がストレッチされる状態の一例を示す図である。 本発明に係る輝度ストレッチ処理の効果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第２の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・輝度ストレッチ部における発光領域の制御処理を説明する更に他の図である。 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。 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。

（実施形態１）
　図１は、本発明に係る映像表示装置の第１の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、発光検出部１、および黒検出部１０に入力する。発光検出部１では、入力映像信号の明るさに関連する所定の特徴量を用い、映像信号の発光量を上記の特徴量との関係によって予め規定しておく。そして、入力映像信号のフレームごとの特徴量から発光量を検出する。

　例えば、特徴量として映像信号の輝度を用い、入力映像信号のフレーム毎に、輝度信号Ｙの階調毎の画素数を積算したＹヒストグラムを生成し、そのＹヒストグラムから発光している部分を検出する。発光している部分は、Ｙ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、Ｙヒストグラムごとの相対的な値として検出される。
　そして、発光している部分の特徴量（輝度）について、輝度が高いほど大きな重みを付けて画素数を積算することで、そのフレーム毎に発光量を検出する。発光量は、入力映像信号の発光の度合いを示すもので、その後のバックライトの輝度ストレッチ及び映像信号の輝度ストレッチを行うための指標となるものである。

　発光検出部１による発光検出の他の例では、１つの画素を構成するＲＧＢの映像信号の階調値のうち最も高い階調値（Ｍａｘ　ＲＧＢとする）を抽出し、１フレーム内の全画素から抽出した階調値の平均値（Ｍａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅとする）を算出し、この値を特徴量として用いる。各画素のＭａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅは、映像の明るさに関連した特徴量として用いることができる。そして、上記のＭａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅと、その映像信号の発光の度合いを示す発光量との関係を予め定めておく。例えば、Ｍａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅがある程度高い領域では、発光しているとみなして発光量が高くなるように定めておく。そして、入力映像のフレーム毎に、上記のＭａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅからことのときの発光量を得る。

　黒検出部１０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。
　黒検出処理の具体的な処理については後述するが、ここでは、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し、輝度エンハンス量決定部２に出力する。輝度エンハンス割合とは、発光検出部１で検出した発光部の発光量に基づいて決定される基礎の輝度エンハンス量を、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。

　輝度エンハンス量決定部２は、発光検出部１で検出された入力映像信号の発光量と、黒検出部１０から出力された輝度エンハンス量の割合とに基づいて、バックライトの輝度エンハンスを行うために使用する輝度エンハンス量を決定する。
　ここではまず輝度エンハンス量決定部２は、発光検出部１から出力された発光量に基づいて、基礎となる輝度エンハンス量を決定する。この場合、予め輝度エンハンス量と発光量との関係が定められていて、輝度エンハンス量決定部２では、発光検出部１から出力された発光量に基づいて、基礎となる輝度エンハンス量を決定する。例えば、発光量がある程度高い領域では、基礎となる輝度エンハンス量も大きくなるように定めておく。これにより発光量が大きい画像では、基礎となる輝度エンハンス量がより高くなる。

　そして輝度エンハンス量決定部２は、基礎となる輝度エンハンス量に対して、黒検出部１０が検出した黒の量に基づくエンハンス割合を乗算して、輝度エンハンスの増加量を決定する。この輝度エンハンスの増加量を、輝度エンハンスしない状態における輝度レベルに加える。輝度エンハンスしない状態の輝度レベルとは予め定められたレベルであり、例えば、最大階調の映像信号を表示したときの画面輝度が４５０ｃｄ／ｍ^２となる輝度レベルである。これにより、最終的な輝度エンハンス量が決定される。

　バックライト輝度ストレッチ部３は、輝度エンハンス量決定部２で決定された輝度エンハンス量に基づいて、バックライト輝度をストレッチしてバックライト部５の光源（例えばＬＥＤ）の輝度を増大させる。バックライト部５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。

　一方、映像信号輝度ストレッチ部６は、入力映像信号をゲインアップして映像信号の輝度をストレッチする。この場合、上記の輝度ヒストグラムの平均値及び標準偏差から得た発光部に対して、所定のゲインアップにより映像信号をストレッチしたり、輝度ヒストグラムやＭａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅから計算した発光量によりゲインを決定して映像信号をストレッチすることができる。

　マッピング部７は、映像信号の入出力特性（入力階調に対する出力階調の応答特性）のトーンマッピングを生成する。この場合、映像信号輝度ストレッチ部６で決定したゲインをそのまま適用して入出力特性をトーンマッピングすると、映像信号の発光部以外の領域もストレッチされて画面輝度が上昇してしまう。このため、低階調側の非発光部分では、入力階調に対する出力階調を低下させてトーンマッピングを行う。これにより、トーンマッピングの入出力特性では、映像信号がストレッチされる領域は主に高階調の明るい領域となり、映像信号処理により明るい領域をより明るくする制御がなされる。

　マッピング部７は、表示部９を制御するための制御データを表示制御部８に出力し、表示制御部８は、そのデータに基づいて表示部９の表示を制御する。表示部９は、バックライト部５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。

　上記の構成では、バックライト部５の輝度ストレッチ量は、発光検出部１で検出した発光量に基づいて決定されるため、発光量の多い明るい映像をより明るく輝かせる制御を行うことができる。また、このときに、黒検出部１０によって検出した映像中の黒の量に応じて、発光検出部１で検出した発光量に基づいて決定した輝度ストレッチ量を制限する。例えば黒の量が多いほど輝度ストレッチ量を抑えるようにする。これにより、発光量の多い明るい映像をより明るく輝かせる場合にも、映像中に黒の領域が多く強くエンハンスすると黒浮きが目立つような映像では、輝度ストレッチ量を制限することで黒浮きを抑えて高品位の映像を表示させることができる。

　また、映像信号処理による映像信号のゲインアップは、Ｙヒストグラムの発光領域や、検出した発光量に応じて行われ、さらにトーンマッピングにより、発光部を除く発光していないとみなす部分に対して輝度低下が行われる。これにより、発光している部分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。

　バックライト部５と表示部９の制御例として、映像領域を複数の領域（エリア）に分割し、その領域毎に対応するバックライト部５の光源を制御する所謂エリアアクティブ制御方式を採用することができる。
　エリアアクティブ制御においては、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。ここでは分割領域ごとの最大階調値ではなく、分割領域毎の平均値等の他の統計値であってもよい。そして、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、この状態で輝度エンハンス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。

　また、バックライト部５と表示部９の制御例としては、上記のようなエリアアクティブ制御方式を適用することなく、輝度エンハンス量決定部２で決定された輝度エンハンス量に応じてバックライト部５の光源全体の発光輝度をストレッチするものであってもよい。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。

　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５と表示部９を制御するものであり、発光検出部１、輝度エンハンス量決定部２、バックライト輝度ストレッチ部３、バックライト制御部４，映像信号輝度ストレッチ部６、マッピング部７、及び表示制御部８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９に表示させることができる。本発明は、映像表示装置、およびその映像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。
　まず、発光検出部１における発光検出処理ついてさらに具体的に説明する。
　上記のように発光検出部１では、入力映像信号の明るさに関連する所定の特徴量を用い、映像信号の発光量を上記の特徴量との関係によって予め規定しておく。そして、入力映像信号のフレームごとの特徴量から発光量を検出する。

（発光検出処理１）
　発光検出処理の第１の例では、特徴量として映像信号の輝度を用い、入力映像信号のフレーム毎に輝度レベルに応じた画素数を積算した輝度ヒストグラムを生成し、そのヒストグラムからフレーム毎に発光している部分を検出する。
　図２は、入力映像信号の輝度信号Ｙから生成した輝度ヒストグラムの一例を示すものである。発光検出部１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、ｍａｘ値は例えば８ビット表現の映像信号であれば２５５階調になる。縦軸は階調値毎に積算した画素数（頻度）を示している。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。

　そして、本例ではさらに第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、発光量を検出するために設けられる。発光量は発光部の発光の程度を指標として定めるもので、特徴量との関係により予め規定される。本例では、発光量は、以下に示す計算によってスコアとして計算される。
　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（３）
　となる。

　スコア（発光量）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（４）によって計算される。

　式（５）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２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（４）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。

（発光検出処理２）
　図３は、特徴量から発光量を検出する他の例を説明するための図である。本例では、入力映像信号の特徴量として、１つの画素を構成するＲＧＢの映像信号の階調値のうち最も高い階調値（Ｍａｘ　ＲＧＢ）をフレーム内の全画素で平均した値（Ｍａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅｒａｇｅ（Ｍａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅ））を用いる。
　そして図３に示すように、検出したＭａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅと、発光量（スコア）との関係を予め定めておく。この例では、Ｍａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅが最小であるＣ０から中間点Ｃ１までの領域では、発光量（スコア）はゼロである。つまりこの領域では発光していないものとみなされる。また領域Ｃ１～Ｃ２（Ｃ１＜Ｃ２）では、Ｍａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅの増加に応じて発光量も増大する。Ｃ２～Ｃ３（Ｍａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅの最大値）までは発光量は最大レベルで一定となる。
　発光検出部１では、予め定めた図３に示すような特性に従って、検出したＭａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅに応じた発光量（スコア）を決定する。

（黒検出処理１）
　図４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ある。本例の処理では、黒検出部１０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。もしくは、１つの画素を構成するＲＧＢの映像信号の階調値のうち最も高い階調値（Ｍａｘ　ＲＧＢ）を積算したヒストグラム（Ｍａｘ　ＲＧＢヒストグラムとする）としてもよく、あるいは、注目する色がどの程度明るいかを示す指標であるＣＭＩ（Ｃｏｌｏｒ　Ｍｏｄｅ　Ｉｎｄｅｘ）を画素毎に計算してその画素数を積算したヒストグラム（ＣＭＩヒストグラムとする）を用いてもよい。発光検出部１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。以下では輝度ヒストグラムを用いた例を示すが、他のヒストグラムを用いた場合でも同様の処理を行うことができる。

　図４は、上記いずれかのヒストグラムを示す。黒検出部１０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、黒表示を行う画素として扱う。そして、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５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１０では、図５に示すような関係を予め定めておく。そして、図４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。

　次にＣＭＩの定義について説明する。ヒストグラムを生成する特徴量としては、ＣＭＩ（Ｃｏｌｏｒ　Ｍｏｄｅ　Ｉｎｄｅｘ）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（５）
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（５）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６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６の位置Ｆ１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６上の位置はＦ２である。

　これらの値から、上記式（５）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。

（黒検出処理２）
　図７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、もしくはＭａｘ　ＲＧＢヒストグラム、もしくはＣＭＩヒストグラムを生成する。ヒストグラムとしては、発光検出部１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１０では、生成した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（６）
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７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５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１０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（７）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（７）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８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８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／ｍ^２）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１０に入力されるとまずＧＡｖｅが計算される。ここでは、上記式（７）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９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１０では、図９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多い領域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。

（輝度エンハンス量決定処理）
　輝度エンハンス量決定部２は、発光検出部１から出力された発光量と、黒検出部１０から出力されたエンハンス割合とに基づいて輝度エンハンス量を決定する。　
　ここではまず輝度エンハンス量決定部２は、発光検出部１によって検出した発光量（スコア）に基づいて基礎となる輝度エンハンス量を決定する。図１０は、発光量と基礎となる輝度エンハンス量との関係の設定例を示す図である。輝度エンハンス量は、表示させたい最大輝度を示す量とし、例えば、画面輝度（ｃｄ／ｍ^２）や輝度ストレッチの倍率などの値で示すことができる。表示させたい最大輝度とは、例えば、映像信号が最高階調（８ビット表現の場合２５５階調）のときの画面輝度である。

　図１０の例では、発光量が一定以上に高いレベル（Ｄ２～Ｄ３（発光量の最大値））の間では、輝度エンハンス量を高いレベルで一定に設定し、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大させる。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得る画面の最大輝度が例えば１５００（ｃｄ／ｍ^２）となるように設定する。また、Ｄ２よりも発光量が低い領域（Ｄ１（Ｄ１＜Ｄ２）～Ｄ２）では、発光量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。発光量が最小の領域（Ｄ０（発光量＝０）～Ｄ１）では、輝度エンハンスを行わない。発光量が小さいため、発光している部分が少なく、輝度エンハンスを行っても効果が少ないからである。この場合の画面の最大輝度は、例えば４５０ｃｄ／ｃｍ^２とする。

　図１０によって、発光量に応じて輝度エンハンス量が決定される。この決定した輝度エンハンス量は、黒検出による輝度ストレッチの制限を受ける前の基礎となる輝度エンハンス量である。輝度エンハンス量決定部２では、基礎となる輝度エンハンス量に対して、黒検出部１０から出力されたエンハンス割合を乗算して、実際にバックライトに適用する最終の輝度エンハンス量を決定する。具体的には、発光量に基づいて決定した基礎となるエンハンス量をＶ、輝度エンハンスを行わないときの標準輝度をＸ、黒検出部１０から出力されたエンハンス割合をＷ、最終的にバックライトに適用する輝度エンハンス量をＺとするとき、以下の式、
　　　輝度エンハンス量Ｚ　＝　（Ｖ－Ｘ）×Ｗ＋Ｘ　　・・・（８）
により、最終の輝度エンハンス量を決定する。
　輝度エンハンス量Ｚは、表示させたい最大輝度を示す量であり、例えば、画面輝度（ｃｄ／ｍ^２）や輝度ストレッチの倍率などの値である。表示させたい最大輝度とは、例えば、映像信号が最高階調（８ビット表現の場合２５５階調）のときの画面輝度である。

（バックライトの輝度ストレッチ処理）
　図１１は、輝度エンハンス量決定部で決定した輝度エンハンス量に応じたバックライト輝度の制御例を示す図である。
　バックライト輝度ストレッチ部３では、輝度エンハンス量決定部２で決定された輝度エンハンス量を使用して、バックライト部５の光源輝度をストレッチさせる。ここでは、バックライト輝度ストレッチ部３で決定された輝度ストレッチ量に従って、バックライト制御部４がバックライト部５を制御する。

　輝度ストレッチは、例えば予め定められた図１１の特性に従って行われる。図１１において、横軸は輝度エンハンス量決定部２で決定された輝度エンハンス量、縦軸はバックライトの輝度レベルを示すもので、例えばバックライトの駆動デューティや駆動電流値等によって規定される。
　例えば、バックライト輝度をストレッチしないで通常点灯したときの画面の最大輝度を４５０ｃｄ／ｍ^２とする。ここで黒の領域が所定レベルより多い暗い画像であれば、エンハンス割合が０になるため、上記（８）式で表される輝度エンハンス量も最低レベルとなり、バックライトの発光輝度レベルは図１１の点Ｅ１で制御される。

　点Ｅ１に対応する状態から輝度エンハンス量が増加していくと、図１１に示すように輝度エンハンス量の増大に応じてバックライトの発光輝度が大きくストレッチされる。輝度エンハンス量が最大値の点Ｅ２では、例えば最大の画面輝度が１５００ｃｄ／ｍ^２となるようにバックライトの発光輝度をストレッチする。このような制御により、入力映像信号から検出した発光量に応じてバックライトの発光輝度をストレッチすることで、発光している部分の輝き感を増すことができる。

（映像信号の輝度ストレッチ処理１）
　図１２は、映像信号輝度ストレッチ部における映像信号の輝度ストレッチを説明するための図で、映像信号の入出力特性の設定例を示す図である。
　上述したように、発光検出部１においては、入力映像信号の輝度（Ｙ）ヒストグラムを生成し、その平均値と標準偏差に基づき発光境界を定める第２の閾値Ｔｈ２を決定する。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。映像信号輝度ストレッチ部６では、Ｙヒストグラムに基づき、発光している部分の映像信号をストレッチする映像処理を行う。

　このとき、映像信号の入出力特性は、一例として図１２ように設定する。図１２において、横軸は映像信号の輝度Ｙの入力階調で、縦軸はその入力階調に応じた出力階調である。また、輝度Ｙに代えてＲＧＢ信号の入出力特性を定めるものであってもよい。ＲＧＢ信号の場合には、ＲＧＢ信号のそれぞれに対して以下に示すゲインを適用し、入出力特性を規定する。入出力階調の最大値は、例えば８ビット表現の映像信号であれば２５５階調となる。図１２において、Ｔ１は輝度ストレッチ処理後の入出力特性を示す。

　入出力特性Ｔ１の設定においては、まず入力階調のポイントＩ１を定める。ポイントＩ１は、予め定めた任意の所定位置に設定される。所定位置は、第２の閾値Ｔｈ２に応じて動的に変化しない。従って、第２の閾値Ｔｈ２よりポイントＩ１の位置が低階調側にあるときは、ポイントＩ１は第２の閾値Ｔｈ２と同じ値となる。ポイントＩ１は本発明の特性変換点に相当するものである。

　このときに、入力Ｉ１に対する出力階調Ｏ１は、予め所定の値に設定しておく。例えば、出力階調の最大値Ｏ２の８０％の位置に設定する。従って、入出力特性Ｔ１おいては、入力階調が０～Ｉ１までの領域では、ポイントＩ１の入力階調が出力階調Ｏ１となるように、入力映像信号に一定ゲインＧ１を与えてストレッチする。ゲインＧ１は、入出力特性Ｔ１の傾きとして表すことができる。ゲインＧ１は、出力階調が決められているＩ１の位置によって決定される。

　そして、最大入力階調Ｉ２のときに、入力階調と同階調の最大出力値Ｏ２が出力されるようにし、入力階調Ｉ１～最大階調Ｉ２までの間は、Ｉ１に対応する出力階調位置と、最大入力値Ｉ２に対応する出力位置階調位置とを線形に結ぶ。Ｉ１～Ｉ２の領域では、Ｉ１で十分に輝度ストレッチした状態で、入力階調が高くなるに従って徐々に出力輝度を増加させていくことにより、輝度ストレッチ後の白潰れをできるだけ防止し、階調性を表現できるようにしている。

　これにより図１２に示すような入出力特性Ｔ１が規定される。このときの映像信号のストレッチにより、発光している部分の映像信号の輝度がストレッチされるが、低階調の非発光部分もストレッチされるため、後段のマッピング部７において、非発光部分の映像信号の輝度を再度低減させるトーンマッピング処理を行う。

（映像信号の輝度ストレッチ処理２）
　図１３は、映像信号輝度ストレッチ部における映像信号の輝度ストレッチの他の処理例を説明するための図である。図１２に示す処理例１では、映像信号のＹヒストグラムに応じて、所定出力階調値となるポイントＩ１を設け、これに応じて入力映像信号に適用するゲインを設定した。
　これに対して、本処理例の場合、発光検出部１がＹヒストグラムまたはＭａｘ　ＲＧＢ　Ａｖｅに応じて検出した発光量（スコア）の値に基づいて、映像信号をストレッチするためのゲインを設定する。

　図１３に示すように、映像信号輝度ストレッチ部６は、予め発光量とゲインとの関係を定めておく。そしてこれらの関係を定めるＬＵＴを作成しておき、このＬＵＴによって発光量に応じたゲインを決定する。ここでは基本的には、発光量が高いほど、映像信号をストレッチするゲインを大きくしていく。また、低発光量の所定領域ではゲインアップしないように設定することができる。発光量が小さいときは発光している部分が少なく、映像信号の輝度ストレッチを行っても効果が少ないからである。

　図１４は、入力映像信号にゲインを付与してストレッチするときの入出力特性の設定例を示す図である。映像信号輝度ストレッチ部６は、図１３に示す関係に基づいて発光量からゲインを決定し、映像信号に適用する。例えば図１３の関係から、ゲインＧ２が決定されたものとする。
　この場合、図１４に示すように、入力階調が最低（０）から所定階調Ｉ３の範囲の入力映像信号に対して、上記の決定したゲインＧ２を適用する。ゲインＧ２は、ゲイン適用後の入出力特性Ｔ２の傾き量として表される。

　所定階調Ｉ３は任意に設定できる。例えば、入力階調Ｉ３に対応する出力階調Ｏ３を、最大階調Ｏ４の８０％となる階調に設定する。そして映像信号にゲインＧ２を適用し、出力階調が最大階調の８０％となったときの入力階調をＩ３とする。入力階調がＩ３～最大階調Ｉ４までの間は、Ｉ３の出力階調位置と、最大階調Ｉ４の出力階調位置とを線形に結ぶ。これにより図１４に示すような入出力特性Ｔ２が規定される。Ｉ３は本発明の特性変換点に相当するものである。
　このときの映像信号のストレッチにより、発光部分の映像信号の輝度がストレッチされるが、非発光部分もストレッチされるため、後段のマッピング部７において、非発光部分の映像信号の輝度を再度低下させる映像処理を行う。

（マッピング処理１）
　上記のように、映像信号輝度ストレッチ部６では、Ｙヒストグラムの分布の状態、あるいは検出された発光量に基づいて映像信号をストレッチする。従って、このままでは、入力映像信号の全階調領域で輝度が増大し、所謂黒浮きが生じ易くなって品位が低下するとともにコントラスト感も不足する。
　マッピング部７では、映像信号処理によって非発光部分の輝度を低減させる。これにより入力映像信号の発光部分の輝度をストレッチし、非発光部分の輝度は変化させないようにして、コントラスト感を与え、発光している部分の輝き感を際だたせるようにする。

　図１５は、マッピング部７が生成するトーンマッピングの一例を示す図で、図１２に示す輝度ストレッチ処理１により、映像信号のＹヒストグラムに設定したＩ１の位置に従って映像信号をストレッチしたときのトーンマッピング例を示す図である。図１５において、横軸は映像信号の入力階調で、縦軸は出力階調である。入出力階調は、映像信号の輝度Ｙ、もしくはＲＧＢの階調とすることができる。ＲＧＢ信号の場合は、ＲＧＢ信号のそれぞれに対して以下のゲインを適用し、入出力特性を規定する。

　発光検出部１で検出された第２の閾値Ｔｈ２以上の領域は、映像の中で発光しているとみなす部分である。マッピング部７では、映像信号輝度ストレッチ部６で輝度ストレッチされた映像信号に対して、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した特性をマッピングする。
　このときに、発光境界であるＴｈ２より低階調の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、第１の閾値Ｔｈ１を設定し、Ｔｈ１より低階調の領域に対してゲインＧ３を設定し、Ｔｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶようにトーンマッピングを行う。

　ゲインＧ３は、バックライト輝度ストレッチ部３による輝度ストレッチ量と、映像信号輝度ストレッチ部６による輝度ストレッチ量との両方に相当する輝度を補償して低減させるもので、画面上で入力映像信号の階調を維持する値に設定する。
　ここではバックライト輝度がｂ倍に輝度ストレッチされているものとする。ｂ倍の基準は、図１１の点Ｅ１のバックライト輝度であり、このときの輝度に対して何倍に輝度ストレッチされているかを示す。この場合、ｂ倍のバックライト輝度ストレッチ量を映像信号処理で低減させて補償しようとすると、その必要な低減量は、（１／ｂ）^γ倍となる。

　また、映像信号輝度ストレッチ部６におけるゲインＧ１による輝度ストレッチ量がａ倍であるものとする。ａ倍の基準は、ゲイン＝１（入力階調＝出力階調）のときの入出力特性である。この場合、マッピング部７の映像処理による輝度低減量は１／ａ倍となる。従って、第１の閾値Ｔｈ１より小さい領域に適用されるゲインＧ３は、（１／ｂ）^γ×（１／ａ）によって設定される。これにより入力映像信号の非発光部分のうち、第１の閾値Ｔｈ１より低階調の範囲では、入力映像信号の階調に応じた画面輝度が維持される。

　第２の閾値Ｔｈ２以上のトーンマッピングは、映像信号輝度ストレッチ部６にてストレッチした入出力特性をそのまま使用する。第２の閾値Ｔｈ２以上に設定された入力諧調Ｉ１における入出力特性の特性変換点（ニーポイント）についてもそのまま維持される。これにより、第２の閾値Ｔｈ２以上の発光色の領域においては、映像信号のストレッチとバックライトの輝度ストレッチにより、明るく輝き感のある画像が得られる。

　そして第１の閾値Ｔｈ１～第２の閾値Ｔｈ２までの間は、ゲインＧ３によって低下させた第１の閾値Ｔｈ１の出力階調と、第２の閾値Ｔｈ２の出力階調とを直線で結ぶように設定する。上記の処理により、図１５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、及び入力階調Ｉ１の特性変換点については、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してもよい。

（マッピング処理２）
　図１６は、マッピング部７が生成するトーンマッピングの他の例を示す図で、図１４に示す映像信号輝度ストレッチ処理により、映像信号の発光量から設定したゲインに従って映像信号をストレッチしたときのトーンマッピング例を示す図である。図１６において、横軸は映像信号の入力階調で、縦軸は出力階調である。入出力階調は、映像信号の輝度Ｙ、もしくはＲＧＢの階調とすることができる。ＲＧＢ信号の場合は、ＲＧＢ信号のそれぞれに対して以下に示すゲインを適用し、入出力特性を規定する。

　本例においても図１５の第１の処理例と同様に、映像信号輝度ストレッチ部６で輝度ストレッチされた映像信号に対して、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。この場合、図１５の例と同様に第１の閾値Ｔｈ１を設定し、Ｔｈ１より小さい領域に対してゲインＧ３を設定し、Ｔｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶようにトーンマッピングを行う。
　ゲインＧ３は、バックライト輝度ストレッチ部３による輝度ストレッチ量と、映像信号輝度ストレッチ部６による輝度ストレッチ量との両方に相当する輝度を低減させるもので、バックライト輝度がｂ倍に輝度ストレッチされ、映像信号輝度ストレッチ部６におけるゲインＧ２による輝度ストレッチ量がａ倍であるものとすると、第１の閾値Ｔｈ１より小さい領域に適用されるゲインＧ３は、（１／ｂ）^γ×（１／ａ）になる。これにより入力映像信号の非発光部分のうち、第１の閾値Ｔｈ１より低階調の領域では、入力映像信号の階調に応じた画面輝度が維持される。

　また、第２の閾値Ｔｈ２以上のトーンマッピングは、映像信号輝度ストレッチ部６にてストレッチした入出力特性をそのまま使用する。これにより、第２の閾値Ｔｈ２以上の発光色の領域においては、映像信号のストレッチとバックライトの輝度ストレッチにより、明るく輝き感のある画像が得られる。
　そして第１の閾値Ｔｈ１～第２の閾値Ｔｈ２までの間は、ゲインＧ３によって低下させた第１の閾値Ｔｈ１の出力階調と、第２の閾値Ｔｈ２の出力階調とを直線で結ぶように設定する。上記の処理により、図１６に示すようなトーンマッピングを得る。映像信号輝度ストレッチ部６で設定された入力階調Ｉ３の特性変換点（ニーポイント）は、第２の閾値Ｔｈ２より小さければ維持されず、第１の閾値Ｔｈ１と第２の閾値Ｔｈ２との出力階調を結ぶ線に吸収される。従って新たな特性変換点が第２の閾値Ｔｈ２の出力階調部分に設定される。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してもよい。

　図１７は、画面輝度がストレッチされる状態の一例を示す図である。横軸は入力映像信号の階調値で、縦軸は表示部９の画面輝度（ｃｄ／ｍ^２）である。
　Ｕ１は最小階調の階調値、Ｕ２は第１の閾値Ｔｈ１の階調値、Ｕ３は第２の閾値Ｔｈ２の階調値に相当する。Ｕ１～Ｕ２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及び映像信号の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トーンマッピングが行われている。このため、Ｕ１～Ｕ２では第１のγカーブ（γ１）で画面表示される。第１のγカーブ（γ１）は、例えば、最大階調値のときに画面輝度が４５０ｃｄ／ｍ^２になるような標準の輝度である。この場合、黒検出部１０による黒検出結果に応じてバックライトの輝度ストレッチ量が制限された場合にも、黒検出結果を適用後のバックライトの輝度ストレッチと、映像信号のストレッチとにより増加する画面輝度分を低減させるようにトーマッピングが行われる。

　ここでは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及び映像信号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。なお、Ｕ１～Ｕ２までのγカーブは、上記の標準的な第１のγカーブ（γ１）に一致させる必要はなく、発光部分のストレッチ領域との差を持たせるレベルのものであれば、ゲインＧ３を適宜調整して設定することができる。

　また、Ｕ２～Ｕ３では、Ｔｈ１～Ｔｈ２のトーンマッピングに応じて、入力階調の増大とともに画面輝度が第１のγカーブ（γ１）を離れて上昇し、第２の閾値Ｔｈ２に相当するＳ３付近で第２のγカーブ（γ２）のレベルにまで増大する。その後、画面輝度の増大率が低化して（傾きが緩やかになり）入力最高階調に達する。第２のγカーブ（γ２）は、図１２のゲインＧ１、もしくは図１４のゲインＧ２で映像信号をストレッチしたときの画面輝度をγカーブで示すものである。また、Ｕ３より高階調領域の画面輝度の増大率を低減させることにより、輝度ストレッチによる高階調領域の潰れを防ぎ、できるだけ階調表現を維持する。こうして、高階調領域の輝き感とコントラスト感とを有する高品位の映像表示を行うことができる。

　図１８は、本発明に係る輝度ストレッチ処理の効果を説明するための図で、輝度ストレッチ処理の前後における画面状態の一例を示す図である。ここでは、映像信号処理とバックライトの輝度ストレッチの両方が加味された表示画面上の輝度と、その輝度に応じた画素の頻度とが示されている。
　図１８（Ａ）は、比較のために黒検出による輝度ストレッチの制限を行わないときの例を示す。図１８（Ａ）において、ｋ１は輝度ストレッチ処理を行う前の入力映像信号を表示したときの画面輝度ヒストグラム、ｋ２は、ｋ１の入力映像信号に対して、上記輝度ストレッチ及びマッピング処理によりトーンマッピングしたときの画面輝度ヒストグラムを示す。

　この例では、入力映像信号は、黒に近い低階調領域に多くの画素が存在し、また第２の閾値Ｔｈ２より大きい高階調領域にもまとまった画素が存在している。つまり、黒に近い暗い画面の中に、発光しているとみなされる明るい部分が存在しているような画像である。

　上述の輝度ストレッチ処理１及びマッピング処理１は、入力映像信号の輝度ヒストグラムから第２の閾値Ｔｈ２を設定し、最低階調からＴｈ２以上の点Ｉ１までの領域をゲインアップし、マッピング処理によって非発光部分である第１の閾値Ｔｈ１より低階調領域の輝度を低減させたものである。また、輝度ストレッチ処理２及びマッピング処理２は、入力映像信号から検出した発光量に基づいてゲインを決定し、決定したゲインを低階調領域に適用してゲインアップし、マッピング処理によって、非発光部分である第１の閾値Ｔｈ１より低階調領域の輝度を低減させたものである。このときバックライトは、検出した発光量に応じてストレッチされる。

　これらの処理により得られる画面輝度ヒストグラムｋ２では、発光色である高輝度領域の映像は、さらに輝度が高輝度側にシフトして明るく輝き感のある映像が得られる。しかしながら、黒に近い低輝度の非発光部分では、入力映像信号がすでに黒に近く、映像信号の階調値が十分に低いため、信号処理ではこれ以上輝度を十分に下げることができない。そして、バックライトの輝度ストレッチにより画面輝度が上昇し、図１８（Ａ）のＲに示す部分のように、画面上では黒に近い領域の画素の輝度が高輝度側にシフトして、黒浮きとなる。

　図１８（Ｂ）は、黒検出部により検出した黒の量に応じてバックライトの輝度ストレッチ制限したときの画面輝度ヒストグラムｋ３を示す。また、比較のために図１８（Ａ）に示す画面輝度ヒストグラムｋ１，ｋ２を同時に示している。
　本発明に係る実施形態では、黒検出部にて検出した黒の量に応じて、発光量に応じて定められたバックライトの輝度ストレッチをさらに制限する。例えば、ｋ１に示すように黒に近い暗い画面の中に、発光しているとみなされる明るい部分が存在しているような画像の場合、黒検出部によって黒の量が一定量検出されるため、その検出量（黒検出スコア）に応じてエンハンス割合を低減させて輝度ストレッチを制限する。得られた画面輝度ヒストグラムの一例がｋ３のヒストグラムとなる。
　ここでは、黒検出に応じて輝度ストレッチ量を制限しないときの画面輝度ヒストグラムｋ２と比較して、画面輝度の高輝度側へのシフトが抑えられ、黒浮きによる品位低下を防ぐことができる。

　上記の例は、良好な効果が得られるときの映像の状態の一例を示すものであり、いずれの処理の場合であっても、バックライトの輝度ストレッチ及び映像の輝度ストレッチとトーンマッピングにより、コントラスト感を向上させ、明るい部分の輝き感を増して高品位の映像表現を行うことが可能となり、また、黒検出部による黒検出結果に応じて、バックライトの輝度ストレッチを制限して調整することにより、黒が多い映像の黒浮きを抑えて高品位の映像を表示させることができる。

（実施形態２）
　図１９は、本発明に係る映像表示装置の第２の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、入力映像信号の明るさに関連する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、入力映像の特徴量に基づき、フレームごとに黒表示される量を検出する。黒検出の具体的な処理については、上記第１の実施形態と同様の処理を行うことができる。
　マッピング部１３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。

　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１９の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２０～図２１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２０（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２０（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２１に示す。図２１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２１（Ａ）に各領域（領域〈１〉～〈８〉）の点灯率を示し、図２１（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２１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２１（Ｂ）に示す平均点灯率のレベルとなる。

　図２２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ＬＥＤｄｕｔｙ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ＬＥＤｄｕｔｙ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９（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２１（Ａ）のうちの１つの領域内の複数の画素の階調値が図２２（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２２（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２２（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９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２２（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２２（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。

　図２３は、エリアアクティブ制御・輝度ストレッチ部におけるストレッチ量の決定処理を説明する図である。
　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等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２３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。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。
　この最大値（Ｍａｘ輝度）は、黒検出によるストレッチ量の制限を受ける前の基礎となる値である。黒検出の結果に応じて、ストレッチ量の制限を受けなければ、図２２に示す関係でＭａｘ輝度が決定され、そのＭａｘ輝度に応じてバックライトの輝度がストレッチされる。

　図２３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／ｍ^２）となる。つまりＱ１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。Ｑ１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。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。

　上記の平均点灯率に応じて定められるＭａｘ輝度の値は、信号処理部１１の黒検出部１９における黒の量の検出結果に応じて制限され調整される。この黒検出部１９では、映像信号の特徴量に応じてフレーム毎の黒の量を検出する。黒の量の検出方法は、上記第１の実施形態における黒検出処理１～３のいずれかを適用することができるため、上記を参照することとし、繰り返しの説明は省略する。これらの黒検出処理により、黒検出部１０からは、ストレッチ量を制限するためのエンハンス割合が出力されてくる。

　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から出力されたエンハンス割合を入力し、実際にバックライトに適用するＭａｘ輝度を決定する。具体的には、図２３の特性により平均点灯率に応じて定められる基礎となるＭａｘ輝度の値をＶ、輝度ストレッチを行わないときの元となる基準輝度をＸ、黒検出部１０から出力されたエンハンス割合をＷ、最終的にバックライトに適用するＭａｘ輝度をＺとするとき、以下の式、
　　　Ｍａｘ輝度Ｚ　＝　（Ｖ－Ｘ）×Ｗ＋Ｘ　　・・・（８）
により、最終のＭａｘ輝度を決定する。黒の量が多くエンハンス割合が０に近い場合には、Ｍａｘ輝度は、ほぼ基準輝度（例えば５５０ｃｄ／ｍ^２）に近くなってくる。これにより、黒の量が多い場合には、バックライトの輝度ストレッチを制限して黒浮きを防止し、高品位の画像を表示させるようにする。

　次に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２３の曲線に従ってバックライトの平均点灯率から求めた基礎となるＭａｘ輝度の値を、黒検出部１９で検出したエンハンス割合により調整し、調整後のＭａｘ輝度を信号処理部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。ここでは、実施例１と同様の考え方で発光している部分の検出処理を実行することができる。
　図２４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図である。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、特徴量の他の例としては、実施形態１で説明したようなＲＧＢ　Ｍａｘの値、あるいはＣＭＩを特徴量としてヒストグラムを生成してもよい。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（第１の閾値Ｔｈ１，第２の閾値Ｔｈ２）を計算する。第１および第２の閾値Ｔｈ１、Ｔｈ２は、実施形態１と同様の計算にて決定することができる。

　すなわち、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（９）
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（１０）
とする。Ｍは所定の定数であり、Ｍ＜Ｎ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２５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ゲインＧ４を設定し、Ｔｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶようにゲインＧ５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から定められる最大輝度（Ｍａｘ輝度）を、黒検出部１９における検出結果によって調整したものである。この値は、例えば、バックライトデューティの値として入力される。

　ゲインＧ４は、第１の閾値Ｔｈ１より小さい領域に適用されるもので、
　　Ｇ４＝（Ｌｓ／Ｌｍ）^１／γ　　　　　・・・式（１１）
　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ゲインＧ４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、ゲインＧ４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、Ｇ５＝（Ｔｈ２－Ｇ４・Ｔｈ１）／（Ｔｈ２－Ｔｈ１）　・・・式（１２）
によってゲインＧ５を決定する。
　上記の処理により、図２５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２６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基礎となるＭａｘ輝度を決定し、さらの基礎となるＭａｘ輝度に対して、黒検出部１９における黒の量の検出結果を適用してＭａｘ輝度を調整する。

　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、黒検出部１９による調整を受けて信号処理部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２５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（ゲインＧ４）を適用する。Ｔｈ１とＴｈ２の間の領域についてＴｈ１とＴｈ２の間を線形で結ぶゲインＧ５を適用してＴｈ１とＴｈ２の間の映像出力を低下させる。

　Ｎフレームでは、黒の検出量が多く輝度ストレッチが全く行われない場合を除いて、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。

　図２７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／ｍ^２）である。
　Ｊ２、Ｊ３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、Ｊ３～Ｊ４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。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に応じて決まる基礎となるＭａｘ輝度に対して、黒検出処理による検出結果に応じて制限され調整されたＭａｘ輝度である。

　一方、Ｊ１～Ｊ２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（Ｊ２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。Ｊ２～Ｊ３は、Ｔｈ１～Ｔｈ２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、Ｊ１～Ｊ２の基準輝度に基づく曲線と、Ｊ３～Ｊ４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（Ｊ１）からＪ２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Ｊ３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、バックライトの輝度ストレッチが行われない場合には、最大階調値のときに５５０（ｃｄ／ｍ^２）となるガンマカーブで制御される。つまり黒検出部で検出された黒の量に応じて決まるＭａｘ輝度が大きくなるに従って、Ｊ１～Ｊ４のカーブが高輝度側にシフトしていく。なお、Ｊ１～Ｊ２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。

１…発光検出部、２…輝度ストレッチ、３…バックライト輝度ストレッチ部、４…バックライト制御部、５…バックライト部、６…映像信号輝度ストレッチ部、７…マッピング部、８…表示制御部、９…表示部、１０…黒検出部、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。

Claims (15)

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を有し、該制御部は、前記入力映像信号の明るさに関連する所定の特徴量に基づいて光源の輝度ストレッチ量を決定し、該輝度ストレッチ量に基づき前記光源の輝度をストレッチ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、所定の条件に基づいて黒表示を行う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を行う量が所定範囲にある場合に、前記所定の特徴量に基づいて決定した輝度ストレッチ量を、前記黒表示を行う量に応じて制限す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、
   　該制御部は、前記所定の特徴量もしくは他の特徴量に基づき、入力映像信号の発光部を検出し、該発光部の映像信号をストレッチして前記表示部に表示することを特徴とする映像表示装置。
3. 　請求項２に記載の映像表示装置において、
   　前記所定の特徴量は、入力映像信号の輝度値であり、
   　前記制御部は、前記入力映像信号のフレーム毎の輝度ヒストグラムに基づいて、該ヒストグラムに応じて予め規定された前記発光部を検出し、該検出した発光部を含む所定範囲の入力映像信号について、画素毎の輝度に重みを付けて画素数をカウントしたスコアに応じて予め規定された発光量を検出し、該検出した発光量に応じて前記光源の輝度のストレッチ量を決定することを特徴とする映像表示装置。
4. 　請求項３に記載の映像表示装置において、
   　前記制御部は、前記輝度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みなすことを特徴とする映像表示装置。
5. 　請求項３に記載の映像表示装置において、
   　前記他の特徴量は、前記入力映像信号の各画素についてのＲＧＢの階調値の最大値であり、
   　前記制御部は、前記入力映像信号の前記ＲＧＢの階調値の最大値を平均した値に応じて予め規定された発光部の発光量を検出し、該検出した発光量に応じて前記光源の輝度のストレッチ量を決定することを特徴とする映像表示装置。
6. 　請求項３または４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、
   　該映像処理は、前記入力映像信号のフレーム毎の輝度のヒストグラムに基づいて、該ヒストグラムに応じて予め規定された前記発光部を検出し、該検出した前記発光部の領域内に、所定の特性変換点を設定し、前記特性変換点における入力映像信号の入力階調が所定の出力階調にまでストレッチされるように、前記特性変換点より低い階調の映像信号にゲインを適用し、前記特性変換点以上の入力階調では、前記特性変換点のゲイン適用後の出力階調と最大出力階調とを結ぶように入力階調に対する出力階調を設定する処理を含むことを特徴とする映像表示装置。
7. 　請求項３～５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、
   　該映像処理は、映像信号に適用するゲインと前記発光量との関係を予め定めておき、入力映像信号から検出した前記発光量に応じてゲインを決定し、入力映像信号に前記決定したゲインを適用してストレッチし、前記ゲインの適用後の出力階調が所定の出力階調にまでストレッチされた点の入力階調を特性変換点とし、該特性変換点より低い階調では、前記ゲインを適用した出力階調で映像信号を出力し、該特性変換点以上の入力階調では、特性変換点のゲイン適用後の出力階調と最大出力階調とを結ぶように入力階調に対する出力階調を設定する処理を含むことを特徴とする映像表示装置。
8. 　請求項６または７に記載の映像表示装置において、
   　前記映像処理は、前記入力映像信号に所定のゲインを与えて映像信号をストレッチさせた後、前記発光部を除く非発光部の所定領域において、圧縮ゲインを与えて出力階調を低減させる処理を含むことを特徴とする映像表示装置。
9. 　請求項８に記載の映像表示装置において、
   　前記圧縮ゲインは、前記非発光部の所定領域において、前記光源の輝度のストレッチ及び前記ゲインの適用による映像信号のストレッチにより増加する表示輝度を低減させる値とすることを特徴とする映像表示装置。
10. 　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を有し、
    　該制御部は、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、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、
    　入力映像信号の他の特徴量に基づいて光源の輝度ストレッチ量を決定し、該輝度ストレッチ量に基づき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、所定の条件に基づいて黒表示を行う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を行う量が所定範囲にある場合に、前記他の特徴量に基づき決定した輝度ストレッチ量を、前記黒表示を行う量に応じて制限することを特徴とする映像表示装置。
11. 　請求項１０に記載の映像表示装置において、
    　前記他の特徴量は、入力映像信号の階調値であり、
    　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、前記輝度ストレッチ量を決定することを特徴とする映像表示装置。
12. 　請求項１１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、前記輝度ストレッチ量を決定することを特徴とする映像表示装置。
13. 　請求項１１または１２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）
    以上の画素を発光部とすることを特徴とする映像表示装置。
14. 　請求項１０～１３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。
15. 　請求項１～１４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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