WO2018180843A1

WO2018180843A1 - 表示装置

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Publication number: WO2018180843A1
Application number: PCT/JP2018/011295
Authority: WO
Inventors: 宮田　英利
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2018-10-04
Also published as: US20200312272A1; US10810970B1

Abstract

注目エリアの周囲の輝度に影響されず、当該注目エリアに表示された画像の輝度差を容易に認識できる。ＨＤＲディスプレイ（１００）は、表示部（２０）の注目エリアの輝度分布の輝度中心値と、表示領域全体の輝度分布の輝度中心値との差の桁数が２桁以上であるとき、上記表示領域全体の輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を変換する画像処理部（１４）を備える。

Description

表示装置

　本発明は、表示装置に関し、特にＨＤＲ（High Dynamic Range）の表示を行う表示装置に関する。

　一般に、人間の視覚特性、特に明るさに対する目の順応特性（眼の順応レベル）により、液晶表示装置等の表示装置の表示領域内に高輝度の領域と低輝度の領域とが混在する場合、低輝度の領域における輝度差を認識し難くなる。

　例えば特許文献１には、高輝度領域と低輝度領域が混在した表示領域において、ユーザが低輝度領域を注目している場合に、当該低輝度領域の階調値を調整することで、低輝度領域を見やすくする技術が開示されている。

日本国公開特許公報「特開２０１６－２４７７２号公報（２０１６年２月８日公開）」

　しかしながら、ＨＤＲ（High Dynamic Range）の表示装置のように、最大輝度が１０００ｎｉｔｓ以上ある表示装置の場合、特許文献１に開示された技術のように、低輝度領域の階調値を調整したとしても、高輝度領域の輝度に影響を受けて、低輝度領域における輝度差を認識するのが難しいという問題が生じる。

　しかも、特許文献１に開示された技術では、注目エリア内の画像補正のみ行うため、画面全体に対する注目エリアの表示階調値が不自然となり、特に、ＨＤＲ対応のディスプレイのような最大輝度が高い場合、低輝度の領域を注目すると注目エリアの表示のコントラスト感がなくなる。つまり、表示される画像が不自然となるという問題が生じる。

　特に、ＨＤＲ（High Dynamic Range）の表示装置のように、最大輝度が１０００ｎｉｔｓ以上ある表示装置の場合、ユーザが注目している注目エリアに表示される画像が当該注目エリアの周囲のエリアの輝度よりも低い場合に、周囲の輝度に影響され、注目エリアに表示されている画像の輝度差が認識し難いという問題が生じる。

　本発明の一態様は、注目エリアの周囲の輝度に影響されず、当該注目エリアに表示された画像の輝度差を容易に認識できると共に、表示される画像に不自然さのない表示装置を実現することを目的とする。

　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る表示装置は、表示パネルと、上記表示パネルの表示画面全体の表示領域のうち、ユーザが注目している注目エリアを特定する注目エリア特定部と、上記注目エリア特定部によって特定された注目エリアの輝度分布の輝度中心値と、上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値との差の桁数が所定の桁数以上であるとき、上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を変換する表示制御部とを備えていることを特徴としている。ここで、注目エリアの輝度分布の輝度中心値は、注目エリア内のすべての画素の輝度値の平均値を示し、表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値とは、画面全体のすべての画素の輝度値の平均値を示す。

　本発明の一態様によれば、注目エリアの周囲の輝度に影響されず、当該注目エリアに表示された画像の輝度差を容易に認識できると共に、不自然さのない画像を表示できるという効果を奏する。

本実施形態に係るＨＤＲディスプレイの概略部ロック図である。図１に示すＨＤＲディスプレイをユーザが視聴している状態を示す図である。ＨＤＲ方式の規格を示す表である。ＨＤＲ方式の一つの規格であるＨＬＧ方式における映像信号と輝度との関係を光電変換関数で示したグラフである。ＨＤＲ方式の一つの規格であるＨＬＧ方式における映像信号と輝度との関係を電光変換関数で示したグラフである。図１に示すＨＤＲディスプレイにおける画像補正処理の流れを示すフローチャートである。注目エリアの平均輝度が、表示画面全体の表示領域の平均輝度よりも小さい場合の輝度分布における輝度値変換を示すグラブであり、（ａ）は輝度値変換前のグラフ、（ｂ）は輝度値変換後のグラフである。注目エリアの平均輝度が、表示画面全体の表示領域の平均輝度よりも大きい場合の輝度分布における輝度値変換を示すグラブであり、（ａ）は輝度値変換前のグラフ、（ｂ）は輝度値変換後のグラフである。本実施形態に係るＨＤＲディスプレイによる効果を説明するための図である。本発明の実施形態２にかかるＨＤＲディスプレイをユーザが視聴している状態を示す図である。本発明の実施形態３にかかるＨＤＲディスプレイをユーザが視聴している状態を示す図である。図１０に示すＨＤＲディスプレイの概略部ロック図である。

　〔実施形態１〕
　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施形態では、本発明の表示装置をＨＤＲ（High Dynamic Range）ディスプレイに適用した例について説明する。

　（ＨＤＲディスプレイの概略）
　図１は、本実施形態に係るＨＤＲディスプレイ１００の概略構成を示すブロック図である。

　図２は、図１に示すＨＤＲディスプレイ１００をユーザが視聴している状態を示す図である。

　ＨＤＲディスプレイ１００は、高輝度表示可能な高ダイナミックレンジ（高輝度）ディスプレイであって、図１に示すように、制御部１０（画像処理装置）、表示部２０、カメラ３０、および記憶部４０を備えている。制御部１０については後述する。

　ＨＤＲディスプレイ１００としては、例えば、ＰＣ（Personal Computer）、多機能型携帯電話機（スマートフォン）、タブレット等の携帯型情報端末、または、テレビ等が挙げられる。

　表示部２０は、制御部１０による制御によって画像を表示するものであり、例えば液晶パネル等で構成される。

　カメラ３０は、ＣＣＤ（charge coupled device）カメラ等の撮像素子からなり、図２に示すように、ＨＤＲディスプレイ１００の上端の中央部に設けられている。カメラ３０は、ＨＤＲディスプレイ１００を視聴しているユーザ１の少なくとも顔の目元を撮像できる画角であることが好ましい。

　記憶部４０は、例えば、制御部１０が実行する各種の制御プログラム等を記憶するものであり、例えばハードディスク、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置によって構成される。記憶部４０には、例えば、表示部２０に表示させる画像を示す画像データ等が格納されている。

　なお、本実施形態では、記憶部４０から格納された、静止画としての画像を示す画像データを制御部１０が読み出すものとして説明する。しかし、これに限らず、記憶部４０には、動画を示す動画像データが格納されており、制御部１０によって当該動画データが読み出されてもよい。

　また、画像データまたは動画像データは、記憶部４０にあらかじめ格納されている必要は必ずしもなく、放送波を受信することにより取得されてもよいし、ＨＤＲディスプレイ１００に接続された、画像データまたは動画像データを格納または生成する外部装置（例えば録画装置）から取得されてもよい。

　（制御部１０の詳細）
　制御部１０は、ＨＤＲディスプレイ１００を統括的に制御するものである。本実施形態では特に、制御部１０は、図２に示すように、ＨＤＲディスプレイ１００の表示部２０の表示領域２０ａのうち、ユーザ１が注目しているポイントＰを特定として、特定したポイントＰからユーザ１が注目しているエリア（注目エリア）Ａを特定し、特定した注目エリアに表示される画像の輝度分布に合わせて表示ガンマを補正する機能を有する。すなわち、制御部１０は、図１に示すように、注目ポイント特定部１１、注目エリア特定部１２、輝度分布情報取得部１３、画像処理部（表示制御部）１４を備えている。なお、これらの部材による制御部１０の処理は、鑑賞者が１人である場合に行われる。すなわち、ＨＤＲディスプレイ１００は、鑑賞者の顔を検出する顔検出機能によって複数の観賞者が表示部２０を見ていると判定した場合には、上記処理を行わない。

　注目ポイント特定部１１は、カメラ３０によって撮像された画像データ（ユーザの少なくとも顔の目元を撮像した画像データ）により、表示部２０を視聴しているユーザ１を認識し、認識したユーザ１の眼球の位置を識別し、眼球の位置より、ユーザ１の視線を追従し、当該表示部２０の表示領域２０ａにおける注目しているポイント（注目ポイントＰ）を特定する。ここで、ユーザ１の視線の追従は、カメラ３０によってユーザ１の目を撮像し、撮像した目の画像において基準点を、目頭にし、動点を、虹彩とし、当該目頭に対する虹彩の位置に基づいて、視線を検出する。例えば、左目の虹彩が目頭から離れていれば、ユーザ１は左側を見ていることが分かり、左目の目頭と虹彩が近ければ、ユーザ１は右側を見ていることが分かる。このように、ユーザ１の視線の追従によって特定した注目ポイントＰの座標を後段の注目エリア特定部１２に送る。

　注目エリア特定部１２は、カメラ３０から得られる画像データから、視聴距離（ユーザとＨＤＲディスプレイ１００との距離）をあらかじめ見積もる機能を有している。例えば表示部２０の表示領域２０ａの四隅および中央にマーカーを表示させ、ユーザにそれを目で追わせて、その眼球（黒眼）の移動を画像データとして取得し、画像データから視聴距離を見積もる。注目エリア特定部１２は、見積もった視聴距離と、注目ポイント特定部１１によって特定された注目ポイントＰの座標とから所定の視野角（ここでは、５°）以内の表示領域２０ａ上のエリアを注目エリアＡとして特定する。視野角を５°にしていることの説明は後述する。ここで、注目ポイントとは、ユーザが注目する画面上の視線中心を意味し、視野角とは、ユーザの眼球上での眼球と注目ポイントを結ぶ視線からの角度を意味する。

　輝度分布情報取得部１３は、表示部２０に表示する画像の画面全体の輝度分布情報と、注目エリアＡの輝度分布情報とを記憶部４０から取得し、取得した輝度分布情報を画像処理部１４に送る。ここで、輝度分布情報は、画面全体の場合は、画面全体のすべての画素の輝度値の分布を表し、注目エリアＡの輝度分布は、注目エリアＡ内のすべての画素の輝度値の分布を表すものとする。

　画像処理部１４は、注目エリア特定部１２によって特定された注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値と、表示部２０の表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値との差の桁数が所定の桁数以上であるとき、上記表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を変換する。ここで、注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値は、注目エリアＡ内のすべての画素の輝度値の平均値を示し、表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値とは、画面全体のすべての画素の輝度値の平均値を示す。

　具体的には、画像処理部１４は、注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値と、表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値との差が２桁以上であるときに、表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値を、注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値に近づくように変換する。

　なお、上記の所定の桁数以上は、２桁以上が好ましいが、２桁よりも小さくてもよい。また、画像処理部１４における変換処理の詳細については後述する。

　画像処理部１４は、変換した表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値に応じた表示ガンマの画像データを表示部２０に送る。

　表示部２０は、画像処理部１４からの画像データを表示する。このとき、ユーザが注目している注目エリアＡには、表示画面全体の表示領域２０ａの輝度に影響されない輝度差が明確な画像が表示されることになる。また、輝度差が明確であることは、表示される画像に不自然さがないということになる。

　（ＨＤＲについて）
　図３は、ＨＤＲ方式の規格を示す表である。

　図４は、ＨＤＲ方式の一つの規格であるＨＬＧ方式における映像信号と輝度との関係を光電変換関数で示したグラフである。

　図５は、ＨＤＲ方式の一つの規格であるＨＬＧ方式における映像信号と輝度との関係を電光変換関数で示したグラフである。

　ＴＶ向けのＨＤＲは、図３に示すように、ＨＬＧ(Hybrid Log-Gamma)方式とＰＱ(Perceptual Quantizer)方式がある。従来のＴＶの方式（ＳＤＲ）からの主な違いは、暗部から明部までの表現レンジの範囲の拡大である。従来は、モニタ出力を１００ｎｉｔｓであるとみなして、出力ガンマを設定していたのに対して、ＨＤＲでは１０００ｎｉｔｓから１００００ｎｉｔｓまでの輝度を出力できるような規格になっている。そのため、ＨＤＲ方式の液晶表示装置では、
最大輝度：１０００ｎｉｔｓ以上かつ、黒輝度：０．０５ｎｉｔｓ以下
コントラスト比：２万：１
また、ＯＬＥＤ表示装置では、
最大輝度：５４０ｎｉｔｓ以上かつ、黒輝度：０．０００５ｎｉｔｓ以下
コントラスト比：１０８万：１
となっている。

　本実施形態に係るＨＤＲディスプレイ１００は、上記仕様を満たした液晶表示装置およびＯＬＥＤ表示装置である。なお、ＨＤＲディスプレイ１００として液晶表示装置を用いる場合には、上記仕様を満たすための手法としてバックライトをローカルディミングするエリアアクティブバックライトとする。

　このようにＴＶ向けとして、最近、規格化および普及しているＨＤＲという技術であるが、ＰＣ向けのディスプレイにおいてもＨＤＲに対応するものが出てきており、個人ユースのディスプレイ、すなわち、ＰＣ（ノートＰＣ、タブレットＰＣも含む）のディスプレイなどにも普及してきている。

　ＴＶ向けとして、高輝度表示を行う場合、ダイナミックレンジを上げて、表示させると、映像に奥行き感が生まれ、表示品位が向上する。ＰＣ向けのディスプレイにおいても同様なことが言えるが、ＰＣ向けの表示は一面に映像を表示させるＴＶとは異なり、様々なウインドウを立上げたり、映像とＷｅｂ情報を並べて表示させたりするなど、表示画面がＴＶと比べて、多様である。

　一方、人間の視覚特性において、明るいところと、暗いところではその視覚特性が異なることが知られている。明るいところでは、暗い部分の視認性が十分でなくなる。したがって、上記ＨＤＲのような高輝度のディスプレイにおいて、その平均輝度および輝度分布に大きな差異がある２つ以上の映像を表示させる場合において、低輝度側の映像（画像）に注目しているにも関わらず、高輝度側の輝度の影響により、最適な視覚特性で、低輝度側の映像を視覚することができない。

　（注目エリアＡ）
　人間の明るさの変化に対する視覚特性は、ダイナミックレンジで２桁をカバーし、網膜などの順応で４桁、瞳孔の順応で１桁程度と言われている。したがって、網膜や瞳孔が順応したある画面においては、ダイナミックレンジは２桁程度であるため、注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値と表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値に２桁以上の差がある場合、注目エリアＡにおいてその詳細を認識することができなくなる。

　また注目エリアＡに関しては、人間の視覚の視野角特性を示唆する情報として、錐体の密度分布を測定したデータがある（視覚情報処理ハンドブックＰ２３７参照；日本視覚学会編）。このデータによれば、視野中心０°で、その密度は、およそ２００ｘ１０^３/ｍｍ^２であるのに対して、５°付近ではその１０分の１程度のおよそ２０ｘ１０^３/ｍｍ^２となっている。

　従って、中心５°よりもそとのエリアに関して、ほとんど（１０分の１以下）、その詳細を認識していないと考えられる。

　上記、理由により、注目しているエリア（注目エリアＡ）をより詳細に表現することが、個人ユースのディスプレイ（ＰＣディスプレイなど）では、有効であると考えられる。

　（ＨＤＲの階調輝度特性）
　画像処理部１４において行われるガンマ変換（階調輝度特性変換）方法の説明の前に、ＨＤＲの階調（ビデオ信号）輝度特性の定義を記載する。ＨＤＲの規格では、先に説明したようにＨＬＧ方式とＰＱ方式が有り、それぞれ異なった特性を定義しているが、基本的な考え方は同じであり、ここでは、ＨＬＧ方式の特性について説明する。

　ＨＬＧ方式の伝達関数は、下の様に定義されている。
Ｅ’＝ｒ√Ｌ　　　　　　　　　　　　 (０≦Ｌ≦１)
Ｅ’＝ａｌｎ（Ｌ－ｂ）＋ｃ　　　　　 ( １＜Ｌ)
　ただし、r は基準白レベルに対する映像信号レベルで、r=０．５とする。また、Ｌは正規化したカメラ３０の入力光に比例した電圧とし、Ｅ’は、映像信号のカメラ出力に比例した電圧とする。ａ、ｂ、ｃは定数で、以下の通りである。
ａ＝0.17883277
ｂ＝0.28466892
ｃ＝0.55991073
この関数のグラフは、図４および図５に示すようになる。

　図４に示すに示すグラフ中のＳＤＲはStandard Dynamic Range で、従来の規格を表している。従来の基準白は１００ｎｉｔｓであり、つまり、“基準白の１”＝ “１００ｎｉｔｓ”のことである。このように、ＨＤＲの場合は輝度が０から１２００ｎｉｔｓの範囲の映像信号が送られてくる。

　次に、本実施例での階調輝度変換を用いた画像補正処理に関して説明する。

　（画像補正処理）
　図６は、画像補正処理の流れを示すフローチャートである。

　図７は、注目エリアの平均輝度が、表示画面全体の表示領域の平均輝度よりも小さい場合の輝度分布の輝度値変換を示しており、（ａ）は輝度値変換前の画面全体の輝度分布のグラフ、（ｂ）は輝度値変換後の画面全体の輝度分布のグラフである。

　図８は、注目エリアの平均輝度が、表示画面全体の表示領域の平均輝度よりも大きい場合の輝度分布の輝度値変換を示しており、（ａ）は輝度値変換前の画面全体の輝度分布のグラフ、（ｂ）は輝度値変換後の画面全体の輝度分布のグラフである。

　ここで、図７、８は、表示画面全体の表示領域の輝度分布を測定したグラフであり、画面全体の全ての画素の輝度値を集計した分布図となる。このグラフにおいて、横軸は輝度値、縦軸は画素数を示す。図７に記載の「画面全体の輝度中心：ａｃ」は、上記集計された輝度値の平均値を示す。また、図７に記載の「注目エリアの輝度中心：ｔｃ」は、注目エリアＡ内の全ての画素の輝度値の平均値を示す。

　まず、画像入力が行われる（ステップＳ１１）と、表示部２０に画像が表示される。このタイミングで、制御部１０は、注目ポイントを特定する（ステップＳ１２）。具体的には、カメラ３０により視聴しているユーザ１の眼球を撮像、眼球の位置を識別し、眼球の位置より、ユーザ１が画面上の注目している注目ポイントＰを特定する。

　次に、制御部１０は、注目エリアを特定する（ステップＳ１３）。具体的には、画面四隅および中央にマーカーを表示させ、それを視線で追わせて、その眼球（黒眼）の移動を画像認識することにより、視聴距離を見積もる。見積もった視聴距離と、Ｓ１２で特定した注目ポイントの座標から、ユーザの視線に対して視野角５°以内のエリアを注目エリアと特定する。

　その後、制御部１０は、ステップＳ１１にて入力された画像入力信号の輝度値への変換を行う（ステップＳ１４）。これにより、制御部１０は、輝度分布情報（ａｃ，ｔｃ）の情報を取得する（ステップＳ１５）。ここで、ａｃは、表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値、ｔｃは、注目エリアの輝度分布の輝度中心値とする。

　以下では、注目エリアの輝度中心値が画面全体の輝度中心値に比べて１／１００より低く（表示が暗く）なっている場合を想定して説明する。

　次に、ステップＳ１５において取得したａｃがｔｃの１００倍よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１６）。ここで、先述のように、人間の視覚特性は、網膜および瞳孔の順応を除いたダイナミックレンジは、およそ２桁であるため、画面全体の輝度平均が、注目エリア（注目ポイントを中心に視野角５°の範囲）の輝度平均と比べて、２桁以上離れている場合は、注目エリアの表示内容の視認性が悪くなってしまうと考えられる。

　従って、ステップＳ１６において、ＹＥＳの場合、すなわちａｃがｔｃの１００倍よりも大きい場合、注目エリアの表示内容の視認性は悪くなっていると判断し、入力された画像データに対して画像補正を行って（ステップＳ１７）、補正後の画像データに基づいた画像表示を行う（ステップＳ１８）。ここでは、注目エリアの輝度平均に合わせて、画面全体の輝度を変化させる。具体的には、図７の（ａ）に示すように、ａｃ＞ｔｃ×１００の場合、画面全体の輝度の中心値がｔｃ×１００になるように変換する。また、輝度変換は、注目エリアの輝度中心値近傍で高い側の輝度値より高い輝度の輝度値を、図７の（ｂ）に示すように、画面全体の画素の輝度値が全体的に低くなるように輝度変換が行われる。

　一方、ステップＳ１６において、ＮＯの場合、すなわちａｃがｔｃの１００倍よりも大きくない場合、注目エリアの表示内容の視認性は悪くなっていないと判断し、画像補正を行わずに、画像表示を行う（ステップＳ１８）。

　また、複数の視線が検知された場合や視線が定まらず（一定時間注目していない場合など）注目エリアが無いと判断された場合は、入力された画像データに対して画像補正を行わず、入力された画像データに基づいた画像表示を行う。

　また、注目エリアの輝度中心値が画面全体の輝度中心値に比べて１００倍より高く（表示が明るく）なっている場合には、図６に示すステップＳ１１～Ｓ１５までの処理が同じで、上記ステップＳ１６において、ａｃがｔｃの１／１００よりも小さいか否かを判定し、小さいと判定した場合に、画像補正を行って（ステップＳ１７）、画像表示を行い（ステップＳ１８）、小さくないと判定した場合に、画像補正を行わなで、画像表示を行う（ステップＳ１８）。

　ここで、ステップＳ１７の画像補正は、以下のように行う。図８の（ａ）に示すように、ａｃ＜ｔｃ×０．０１の場合、画面全体の輝度の中心値がｔｃ×０．０１になるように変換する。また、その輝度変換は、図８の（ｂ）に示すように、注目エリアの輝度中心値近傍で低い側の輝度値より低い輝度の輝度値を、表示品位を損なわないように増加させるような輝度変換を行う。

　（輝度変換の具体例）
　ここで、上記輝度変換の具体例について説明する。

　まず、輝度値は、人間の視覚特性では線形でないため、輝度値を視覚特性に合った値（人間の視覚特性で、その値がほぼ線形と考えられる値）に変換する。例えば、この変換は、図４，図５に示すＨＬＧの変換関数とすることもできる。ここでは、輝度―線形視覚特性値変換関数とし、一般化した関数として、
　Ｅ‘＝ｆ（Ｌ）
と表すことにする。ここで、Ｅ’は視覚特性線形レベルに相当する値で、人間の視覚特性に対して線形な特性をもつ値に相当し、Ｌは表示輝度値を表す。
上述の説明と同様に、ａｃは、表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値、ｔｃは、注目エリアの輝度分布の輝度中心値とする。

　まず、（１）（ａｃ＞ｔｃ×１００）の場合の輝度変換について説明する。変換前の輝度をＬ、輝度（圧縮）変換後の輝度をＬ’とすると、
　Ｌ’＝Ｌ　　　　　　　　　　　　（Ｌ≦ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）＋０．１））
　Ｌ’＝ｆ^－１（αｆ（Ｌ））　　　　（Ｌ＞ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）＋０．１））
　と表せる。ここで、αは、圧縮倍率、ｆ^－１（）は、ｆ（）の逆変換を表す。

　更に、αも輝度の関数となり、下記の様になる。

　α＝ｐｆ（Ｌ）＋ｑ
　ここで、ｐ、ｑは、下記のように、ｆ（ｔｃ）とｆ（ａｃ）、ｆ（ｔｃ×１００）から算出される値になる。

　ｐ＝（１－ｆ（ｔｃ×１００）／ｆ（ａｃ））
／（ｆ（ｔｃ）＋０．１―ｆ（ａｃ））
　ｑ＝（ｆ（ａｃ）－ｆ（ｔｃ）＋０．１）
×　ｆ（ｔｃ×１００）／ｆ（ａｃ）
／　（ｆ（ａｃ）－（ｆ（ｔｃ）＋０．１））
　次に、（２）（ａｃ＜ｔｃ×０．０１）の場合の輝度変換について説明する。変換前の輝度をＬ、輝度（圧縮）変換後の輝度をＬ’とすると、
　Ｌ’＝ｆ^－１（αｆ（Ｌ））　　　　　　　　　（Ｌ≦ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）―０．１））
　Ｌ’＝Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｌ＞ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）―０．１））
　と表せる。ここで、αは、圧縮倍率、ｆ^－１（）は、ｆ（）の逆変換を表す。

　更に、αも輝度の関数となり、下記の様になる。

　α＝ｐｆ（Ｌ）＋ｑ
　ここで、ｐ、ｑは、下記のように、ｆ（ｔｃ）とｆ（ａｃ）、ｆ（ｔｃ×０．０１）から算出される値になる。

　ｐ＝（１－ｆ（ｔｃ×０．０１）／ｆ（ａｃ））
／（ｆ（ｔｃ）―０．１―ｆ（ａｃ））
　ｑ＝（ｆ（ａｃ）―（ｆ（ｔｃ×０．０１）×（ｆ（ｔｃ）―０．１）））
／（ｆ（ａｃ）－（ｆ（ｔｃ）―０．１））
　上記のような、Ｌ→Ｌ’輝度変換を画面全体の各画素で行うことにより、注目エリアの視認性を向上させることができるようになる。

　（効果）
　図９の（ａ）は、本実施形態のＨＤＲディスプレイと比較するＨＤＲディスプレイを示し、（ｂ）は、本実施形態のＨＤＲディスプレイを示す。なお、注目エリアＡは、ユーザの視線中心から５°の円であるが、モニタなどに表示される表示では、ウインドウ画面の様に矩形状の領域に分けられた場合が多く、このような場合を想定し、図９では、説明の便宜上、注目エリアＡを矩形状としている。つまり、注目エリアＡとして特定されるのは、あくまでもユーザの視線中心から５°の円であるが、画像処理の対象は、その円を中心に含む矩形状の領域となる。

　また、
　ＨＤＲディスプレイ１００では、図９の（ａ）（ｂ）に示すように、画面全体のダイナミックレンジが大きく、コントラストや輝度は高い場合、比較例のＨＤＲディスプレイ１００では、図９の（ａ）に示すように、ユーザが注目している注目エリアＡの画像が暗いとき、注目エリアＡの周囲の表示領域２０ａが明るすぎるため、当該注目エリアＡの画像の輝度差が認識し難い表示となっている。この場合、輝度分布は、図７の（ａ）に示すようになる。これに対して、本実施形態のＨＤＲディスプレイ１００では、図９の（ｂ）に示すように、ユーザが注目している注目エリアＡの画像が暗いとき、注目エリアＡの輝度分布に合わせて、表示領域２０ａの輝度を下げるようにしているため、当該注目エリアＡの画像の輝度差が認識し易い表示となっている。この場合、輝度分布は、図７の（ｂ）に示すようになる。つまり、本実施形態のＨＤＲディスプレイ１００では、表示領域２０ａ全体のダイナミックレンジが低くなり、コントラスト、輝度が低くなってはいるため、注目エリアＡが多少暗い画像であっても、当該注目エリアＡに表示されている画像は詳細に認識できるような表示となっている。

　なお、本実施形態では、ユーザとＨＤＲディスプレイ１００までの距離、すなわち視聴距離を、画面四隅および中央にマーカーを表示させ、それを視線で追わせて、その眼球（黒眼）の移動を画像認識することにより見積もっていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の視聴距離の見積もり方法を用いてもよい。以下の実施形態２は、他の視聴距離の見積もり方法の一例について説明する。

　〔実施形態２〕
　本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　図１０は、本実施形態に係るＨＤＲディスプレイ２００をユーザが視聴している状態を示す図である。

　ＨＤＲディスプレイ２００は、図１０に示すように、前記実施形態１のＨＤＲディスプレイ１００と異なり、表示部２０の上部に２台のカメラ３０が所定距離隔てられて設けられている。

　この２台のカメラ３０を用いて、ユーザ１とＨＤＲディスプレイ２００までの距離、すなわち視聴距離を見積もる。具体的には、２台のカメラ３０を用いた、三角測量の原理を利用して視聴距離を見積もる。例えば、視聴距離Ｄ＝Ｂ×ｆ／Ｓで求める。Ｂは、カメラ３０・３０の間の距離を示し、ｆはカメラ３０の焦点距離を示し、Ｓは、撮像位置のずれ（視差）を示す。視差Ｓは、２台のカメラ３０でユーザ１を撮像した画像をステレオマッチングすることで求める。ステレオマッチングについて、一般的な技術であるため、詳細な説明は省略する。

　以上のように、本実施形態のＨＤＲディスプレイ２００によれば、視聴距離を見積もるために、ユーザ１に表示部２０に表示したマーカーを目で追わせる必要がないので、ユーザ１にとっての負担を軽減することが可能となる。

　なお、前記実施形態１、２では、ユーザ１の視線の追従は、可視光を用いてカメラ３０で撮像した画像を解析して行っていたが、以下の実施形態３では、ユーザ１の視線の追従を、赤外線を用いてカメラ３０で撮像した画像を解析して行う例について説明する。

　〔実施形態３〕
　本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

　図１１は、本実施形態に係るＨＤＲディスプレイ３００をユーザが視聴している状態を示す図である。

　図１２は、図１１に示すＨＤＲディスプレイ３００の概略構成を示すブロック図である。

　ＨＤＲディスプレイ３００は、図１１に示すように、前記実施形態１のＨＤＲディスプレイ１００と異なり、表示部２０の上部にカメラ３０の他に、赤外線を発光する赤外線発光部５０が設けられている。

　赤外線発光部５０は、赤外線ＬＥＤからなり、ユーザ１に向けて赤外線を発光する。特に、ユーザ１の目に向けて赤外線を発光する。これにより、発光された赤外線は、ユーザ１の目の角膜で反射される。従って、赤外線発光部５０が発光した赤外線がユーザ１の角膜で反射された状態の当該ユーザ１の目がカメラ３０によって撮像される。この撮像画像を用いてユーザ１の視線の追従を行う。

　具体的には、赤外線発光部５０によってユーザ１の顔を照らしながら、カメラ３０によって当該ユーザ１の顔を撮像する。撮像した画像には、ユーザ１の目において、角膜で反射された角膜反射点と、瞳孔とが映し出されており、当該角膜反射点を基準点とし、瞳孔の位置が基準点よりも左側、右側、上側、下側などにあることがわかれば、ユーザ１の視線の方向が分かる。すなわち、例えば、ユーザ１の左目の角膜反射点よりも瞳孔が目じり側にあれば、ユーザ１は表示部２０の左側を見ていることが分かり、角膜反射点よりも瞳孔が目頭側にあれば、ユーザ１は表示部２０の右側を見ていることが分かる。

　このように、基準点とする角膜反射点は、画像処理で正確に検出し易いため、視線の追従の精度を高めることができる。これにより、ユーザ１が注目している注目エリアＡをより適切に特定することができる。

　〔変形例〕
　前記実施形態３では、図１１に示すように、カメラ３０が１台のＨＤＲディスプレイ３００に赤外線発光部５０を設けた例について説明したが、前記実施形態２のように、２台のカメラ３０のＨＤＲディスプレイ２００に赤外線発光部５０を設けてもよい。

　この場合、ユーザ１の視聴距離を簡単に且つ精度よく求めることができるため、ユーザ１の視線追従の精度もさらに高めることができる。

　〔まとめ〕
　本発明の態様１に係る表示装置は、表示パネル（表示部２０）と、上記表示パネル（表示部２０）の表示画面全体の表示領域２０ａのうち、ユーザ１が注目している注目エリアＡを特定する注目エリア特定部１２と、上記注目エリア特定部１２によって特定された注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値と、上記表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値との差の桁数が所定の桁数以上であるとき、上記表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を変換する表示制御部（画像処理部１４）と、を備えていることを特徴としている。

　上記構成によれば、表示画面の表示領域における、ユーザの注目エリアの輝度分布の輝度中心値と、当該表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値との差の桁数が所定の桁数以上であるとき、上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を変換することで、ユーザの注目エリアと表示画面全体の表示領域との明るさの差を小さくすることができる。これにより、ユーザの注目エリアは、表示画面全体の表示領域の輝度の影響を受けにくくなるため、当該注目エリアに表示された画像の輝度差が認識し易くなる。特に、ユーザの注目エリアが、表示画面全体の表示領域よりも暗い場合に、上記の処理は有効である。

　なお、所定の桁数以上は、２桁以上が好ましい。これは、人間の視覚特性を考慮して得られた桁数である。しかしながら、所定の桁数以上については、２桁以上が好ましいが、２桁よりも小さくてもよい。

　本発明の態様２に係る表示装置は、上記態様１において、上記表示制御部（画像処理部１４）は、上記注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値が上記表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値よりも小さいとき、上記表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を下げる変換を行ってもよい。

　上記構成によれば、注目エリアの輝度分布の輝度中心値が上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値よりも小さいとき、上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を下げる変換を行うことで、ユーザの注目エリアが、表示画面全体の表示領域よりも暗い場合であっても、当該ユーザの注目エリアの輝度差を容易に認識することができる。具体的には以下のような変換を行う。

　本発明の態様３に係る表示装置は、上記態様２において、上記表示画面全体の表示領域の輝度変換は、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値付近の輝度が高い側の輝度値より高い輝度を持った各画素の輝度値に対して、各輝度値に応じて、それぞれの値より低い輝度値へ輝度値を低減する各画像の輝度値の変換であってもよい。

　本発明の態様４に係る表示装置は、上記態様３において、上記表示画面全体の表示領域の輝度変換は、変換前の輝度をＬ、輝度（圧縮）変換後の輝度をＬ’とすると、
　Ｌ’＝Ｌ　　　　　　　　　　　　（Ｌ≦ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）＋０．１））
　Ｌ’＝ｆ^－１（αｆ（Ｌ））　　　　（Ｌ＞ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）＋０．１））
　と示される。ここで、αは、圧縮倍率、ｆ^－１（）は、ｆ（）の逆変換を表す。

　本発明の態様５に係る表示装置は、上記態様１において、上記表示制御部（画像処理部１４）は、上記注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値が上記表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値よりも大きいとき、上記表示画面全体の表示領域２０ａの輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアＡの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を上げる変換を行なってもよい。

　上記構成によれば、注目エリアの輝度分布の輝度中心値が上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値よりも大きいとき、上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値に近づくように上げる変換を行うことで、ユーザの注目エリアが、表示画面全体の表示領域よりも明るい場合であっても、当該ユーザの注目エリアの輝度差を容易に認識することができる。

　本発明の態様６に係る表示装置は、上記態様５において、上記表示画面全体の表示領域の輝度変換は、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値付近の輝度が高い側の輝度値より低い輝度を持った各画素の輝度値に対して、各輝度値に応じて、それぞれの値より高い輝度値へ輝度値を増加する各画像の輝度値の変換であってもよい。

　本発明の態様７に係る表示装置は、上記態様６において、上記表示画面全体の表示領域の輝度変換は、変換前の輝度をＬ、輝度（圧縮）変換後の輝度をＬ’とすると、
　Ｌ’＝Ｌ　　　　　　　　　　　　（Ｌ≦ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）－０．１））
　Ｌ’＝ｆ^－１（αｆ（Ｌ））　　　　（Ｌ＞ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）－０．１））
　と示される。ここで、αは、圧縮倍率、ｆ^－１（）は、ｆ（）の逆変換を表す。

　本発明の態様８に係る表示装置は、上記態様１～７の何れか１態様において、上記ユーザ１の少なくとも顔の目元を撮像する撮像装置（カメラ３０）をさらに含み、上記注目エリア特定部１２は、上記撮像装置（カメラ３０）によって得られた撮像画像から、当該ユーザ１が注目している注目エリアＡを特定してもよい。

　上記構成によれば、ユーザの少なくとも顔の目元を撮像する撮像装置を備えるだけで、容易にユーザが注目している注目エリアを特定することができる。

　本発明の態様９に係る表示装置は、上記態様８において、上記撮像装置（カメラ３０）は、２台であり、２台とも上記ユーザ１の少なくとも顔の目元を撮像してもよい。

　上記構成によれば、２台の撮像装置によりユーザを撮像することで、撮像して得られた画像からユーザと表示パネルまでの距離（視聴距離）を測定することができる。

　本発明の態様１０に係る表示装置は、上記態様８または９において、上記ユーザ１に対して赤外線を発光する赤外線発光部５０をさらに含み、上記撮像装置（カメラ３０）は、上記赤外線発光部５０から発光された赤外線が照射されたユーザ１の少なくとも顔の目元を撮像してもよい。

　上記構成によれば、撮像した画像には、ユーザの目において、赤外線が角膜で反射された角膜反射点と、瞳孔とが映し出されており、当該角膜反射点を基準点とし、瞳孔の位置が基準点よりも瞳孔が目じり側にあれば、ユーザは表示パネルの左側を見ていることが分かり、角膜反射点よりも瞳孔が目頭側にあれば、ユーザは表示パネルの右側を見ていることが分かる。

　このように、基準点とする角膜反射点は、画像処理で正確に検出し易いため、視線の追従の精度を高めることができる。

　本発明の態様１１に係る表示装置は、上記態様１～１０の何れか１態様において、上記表示装置は、ＨＤＲ（High Dynamic Range）の表示装置であることが好ましい。

　このように、本発明は、ＨＤＲ（High Dynamic Range）の表示装置のように、最大輝度が１０００ｎｉｔｓ以上ある表示装置の場合に特に有効な発明である。

　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１０　制御部
１１　注目ポイント特定部
１２　注目エリア特定部
１３　輝度分布情報取得部
１４　画像処理部（表示制御部）
２０　表示部（表示パネル）
２０ａ　表示領域
３０　カメラ（撮像装置）
４０　記憶部
５０　赤外線発光部
１００　ＨＤＲディスプレイ（表示装置）
２００　ＨＤＲディスプレイ（表示装置）
３００　ＨＤＲディスプレイ（表示装置）
Ａ　注目エリア
Ｄ　視聴距離
Ｐ　注目ポイント

Claims

　表示パネルと、
　上記表示パネルの表示画面全体の表示領域のうち、ユーザが注目している注目エリアを特定する注目エリア特定部と、
　上記注目エリア特定部によって特定された注目エリアの輝度分布の輝度中心値と、上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値との差の桁数が所定の桁数以上であるとき、上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を変換する表示制御部とを備えていることを特徴とする表示装置。
　上記表示制御部は、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値が上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値よりも小さいとき、上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値が、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を下げる変換を行うことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
　上記表示画面全体の表示領域の輝度変換は、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値付近の輝度が高い側の輝度値より高い輝度を持った各画素の輝度値に対して、各輝度値に応じて、それぞれの値より低い輝度値へ輝度値を低減する各画像の輝度値の変換であることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
　上記表示画面全体の表示領域の輝度変換は、変換前の輝度をＬ、輝度（圧縮）変換後の輝度をＬ’とし、圧縮倍率をα、ｆ（）の逆変換をｆ^－１（）とすると、
　Ｌ’＝Ｌ　　　　　　　　　　　　（Ｌ≦ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）＋０．１））
　Ｌ’＝ｆ^－１（αｆ（Ｌ））　　　　（Ｌ＞ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）＋０．１））
　と示されることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
　上記表示制御部は、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値が上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値よりも大きいとき、上記表示画面全体の表示領域の輝度分布の輝度中心値を、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値に近づくように画面全体の各画素の輝度値を上げる変換を行うことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
　上記表示画面全体の表示領域の輝度変換は、上記注目エリアの輝度分布の輝度中心値付近の輝度が高い側の輝度値より低い輝度を持った各画素の輝度値に対して、各輝度値に応じて、それぞれの値より高い輝度値へ輝度値を増加する各画像の輝度値の変換であることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
　上記表示画面全体の表示領域の輝度変換は、変換前の輝度をＬ、輝度（圧縮）変換後の輝度をＬ’とし、圧縮倍率をα、ｆ（）の逆変換をｆ^－１（）とすると、
　Ｌ’＝Ｌ　　　　　　　　　　　　（Ｌ≦ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）－０．１））
　Ｌ’＝ｆ^－１（αｆ（Ｌ））　　　　（Ｌ＞ｆ^－１（ｆ（ｔｃ）－０．１））
　と示されることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
　上記ユーザの少なくとも顔の目元を撮像する撮像装置をさらに含み、
　上記注目エリア特定部は、
　上記撮像装置によって得られた撮像画像から、当該ユーザが注目している注目エリアを特定することを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の表示装置。
　上記撮像装置は、２台であり、２台とも上記ユーザの少なくとも顔の目元を撮像することを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
　上記ユーザに対して赤外線を発光する赤外線発光部をさらに含み、
　上記撮像装置は、上記赤外線発光部から発光された赤外線が照射されたユーザの少なくとも顔の目元を撮像することを特徴とする請求項８または９に記載の表示装置。
　上記表示装置は、ＨＤＲ（High Dynamic Range）の表示装置であることを特徴とする請求項１～１０の何れか１項に記載の表示装置。