JP2004325628A - 表示装置、及びその画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】調光時の色変化を抑えつつ、コントラストを向上させることができ、高品質の映像表示が可能な表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の表示装置は、光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、前記光量を減少させる場合に機能し、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域５０ｂの出力を増加させ、前記中間輝度領域５０ｂの出力の上昇に応じて低輝度領域５０ａの出力ゲインを上昇させる階調補正処理を行う画像処理部（階調補正手段）を備えている。高輝度領域５０ｃは、出力ゲインを低下させるように階調補正を行うことが好ましい。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置及びその画像処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＴ技術の進歩に伴い、様々な分野で画像表示装置のニーズが高まってきている。このような画像表示装置のうち、液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができる液晶表示装置は、低消費電力、薄型、目にやさしいなどの点から特に期待されている。また近年では、液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系から射出される映像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）も広く利用されるようになっている。
【０００３】
この投射型液晶表示装置は、光変調手段として液晶ライトバルブを用いているが、光学系を構成する様々な光学要素で生じる光漏れや迷光のため、表示できる明るさの範囲（ダイナミックレンジ）が狭い、映像品質の向上を図り難いというようなことがある。そこで、ダイナミックレンジを拡大する方法として、映像信号に応じてライトバルブ（光変調手段）に入射させる光量を変化させる一方ライトバルブに表示する画像を伸長する方法が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１７９８８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記表示画像に応じて光量を変化させる適応型調光表示装置では、光量を減少させることによりコントラストを向上させることが可能である。しかしながら、コントラストの変化に伴って表示画像を構成する原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の比率が変化してしまうために、表示画像の色調が変化するという問題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、調光時の色変化を抑えつつ、コントラストを向上させることができ、高品質の映像表示が可能な表示装置を提供することを目的としている。
また本発明は、調光時の色変化を抑えつつ、高コントラストの映像表示を行うことができる画像処理方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の表示装置は、上記課題を解決するために、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、前記照明光量を減少させる場合に機能し、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を増加させ、前記中間輝度領域の出力上昇に応じて低輝度領域の信号ゲインを上昇させる階調補正処理を行う階調補正手段を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、照明光量を減少させる調光を行う場合に、前記階調補正手段によって画像信号の中間輝度領域の出力が増加されることで、減光に伴う表示階調の低下を相殺でき、係る領域の輝度レベルを非調光時に近づけることができるため、中間輝度領域における色変化を抑えることができる。また、中間輝度領域の出力上昇に応じて低輝度領域の出力ゲインを上昇させることにより、低輝度領域のコントラストを向上させることができるので、減光により得られる締まった黒表示と相まって高画質の調光表示を得ることができる。
上記中間輝度領域と低輝度領域との境界となる信号レベルは、特定の信号レベルに固定してもよく、表示画像に応じて可変としてもよい。前記境界を固定する場合には、例えば入力信号の帯域下限値や最も暗い画素の信号レベルを基準に設定することができる。また、表示画像に応じて可変とする場合には、例えば１フレームの画像データから作成したヒストグラム（出現度数分布）を解析し、この解析に基づき上記境界を設定することができる。
【０００８】
本発明の表示装置は、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、前記照明光量を減少させる場合に機能し、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を増加させるとともに、前記中間輝度領域の出力の上昇に応じて低輝度領域の出力ゲインを上昇させ、高輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正処理を行う階調補正手段を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、中間輝度領域の出力を増加させ、低輝度領域の出力ゲインを上昇させることによって、中間輝度領域における色変化の抑制効果、及び低輝度領域のコントラスト向上効果を得ることができるのに加え、高輝度領域の出力ゲインを低下させることにより高輝度領域の画像信号を圧縮するので、高輝度領域における階調つぶれが生じないようにすることができる。
上記中間輝度領域と高輝度領域との境界となる信号レベルは、先の構成と同様に、特定の信号レベルに固定してもよく、表示画像に応じて可変としてもよい。
【０００９】
本発明の表示装置は、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、前記照明光量を増加させる場合に機能し、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を減少させ、前記中間輝度領域の出力低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させる階調補正処理を行う階調補正手段を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、照明光量を増加させる調光を行う場合に、上記階調補正手段によって、画像信号の中間輝度領域の出力が減少されることで、増光による表示階調の上昇が相殺され、照明光量を変化させないときの表示階調に近づくため、中間輝度領域における色変化を抑えることができる。また、中間輝度領域の出力低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させることにより、高輝度領域のコントラストを向上させることができるので、増光により得られる際立ったハイライト表示と相まって高画質の調光表示を得ることができる。
上記中間輝度領域と高輝度領域との境界となる信号レベルは、特定の信号レベルに固定してもよく、表示画像に応じて可変としてもよい。前記境界を固定する場合には、例えば入力信号の帯域上限値や最も明るい画素の信号レベルを基準に設定することができる。また、表示画像に応じて可変とする場合には、例えば１フレームの画像データから作成したヒストグラム（出現度数分布）を解析し、この解析に基づき上記境界を設定することができる。
【００１０】
本発明の表示装置は、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、前記照明光量を増加させる場合に機能し、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を減少させるとともに、前記中間輝度領域の出力低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させ、低輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正処理を行う階調補正手段を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、中間輝度領域の出力を減少させ、高輝度領域の出力ゲインを上昇させることによって、中間輝度領域における色変化の抑制効果、及び高輝度領域のコントラスト向上効果を得ることができるのに加え、低輝度領域の出力ゲインを低下させることにより低輝度領域の画像信号を圧縮するので、低輝度領域における階調つぶれが生じないようにすることができる。
上記中間輝度領域と低輝度領域との境界は、先の構成と同様に、特定の信号レベルに固定してもよく、表示画像に応じて可変としてもよい。
【００１１】
本発明の表示装置では、前記画像信号に基づき画像要素の彩度を判定する彩度判定部をさらに備え、前記彩度判定部によって前記画像信号に彩度の高い画像要素が含まれていると判定された場合に、前記階調補正手段により、前記低輝度領域の出力を増加させる階調補正処理が行われる構成とすることができる。
この構成によれば、照明光量を減少させる場合に、前記彩度判定部による画像解析に基づき、調光による色変化が目立って視認されやすい画像要素について、低輝度領域の出力を増加させる階調補正処理が行われるので、調光による色変化をさらに抑制することができ、もって高画質の表示画像が得られる表示装置を提供できる。
【００１２】
本発明の表示装置では、前記画像信号に基づき画像要素の彩度を判定する彩度判定部をさらに備え、前記彩度判定部によって前記画像信号に彩度の高い画像要素が含まれていると判定された場合に、前記階調補正手段により、前記高輝度領域の出力を減少させる階調補正処理が行われる構成とすることもできる。
この構成によれば、照明光量を増加させる場合に、前記彩度判定部による画像解析に基づき、調光による色変化が目立って視認されやすい画像要素について、低輝度領域の出力を増加させる階調補正処理が成されるので、調光による色変化をさらに抑制することができ、もって高画質の表示画像が得られる表示装置を提供できる。
【００１３】
本発明の表示装置は、前記画像信号に対する階調補正処理を行うための変換テーブルを複数作成可能とされたテーブル作成部を備え、前記階調補正手段が、前記彩度判定部の彩度判定に基づき選択された変換テーブルを用いて、対応する彩度の前記画像信号の階調補正処理を行う構成とすることができる。
この構成によれば、入力された画像信号に含まれる画像要素の彩度に応じて複雑な階調補正処理が可能な画像処理部を容易に構成することができる。また、変換テーブルを用いて画像信号の補正を行うため、画像処理を高速に実行することが可能である。
【００１４】
本発明の表示装置では、照明光量変化時の中間輝度領域の表示階調が、非照明光量変化時の表示階調と概ね一致していることが好ましい。この構成によれば、上記中間輝度領域の表示について、照明光量を変化させないときからの色変化をほぼなくすことができるため、高画質の調光表示を得ることができる。
【００１５】
次に、本発明の表示装置の画像処理方法は、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の画像処理方法であって、前記照明光量を減少させるとき、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を増加させるとともに、前記中間輝度領域の出力の上昇に応じて低輝度領域の出力ゲインを上昇させる階調補正処理を行うことを特徴とする。
この画像処理方法によれば、画像信号の中間輝度領域の出力が増加されることで、減光に伴う表示階調の低下を相殺し、係る領域の表示階調を、照明光量が変化しないときの階調に近づけることができるので、中間輝度領域における色変化を抑えることができる。また、中間輝度領域の出力上昇に応じて低輝度領域の出力ゲインを上昇させることにより、低輝度領域のコントラストを向上させることができるので、減光により得られる締まった黒表示と相まって高画質の調光表示を得ることができる。
【００１６】
本発明の表示装置の画像処理方法は、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の画像処理方法であって、前記照明光量を減少させるとき、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を増加させるとともに、前記中間輝度領域の出力の上昇に応じて低輝度領域の出力ゲインを上昇させ、高輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正処理を行うことを特徴とする。
この画像処理方法によれば、中間輝度領域の出力を増加させ、低輝度領域の出力ゲインを上昇させることによって、中間輝度領域における色変化の抑制効果、及び低輝度領域のコントラスト向上効果を得ることができるのに加え、高輝度領域の出力ゲインを低下させることにより高輝度領域の画像信号を圧縮するので、高輝度領域における階調つぶれが生じないようにすることができる。
【００１７】
本発明の表示装置の画像処理方法は、光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の画像処理方法であって、前記光量を増加させるとき、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を減少させるとともに、前記中間輝度領域の出力の低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させる階調補正処理を行うことを特徴とする。
この画像処理方法によれば、画像信号の中間輝度領域の出力が減少されることで、増光による表示階調の増加を相殺し、係る領域の表示階調を、照明光量を変化させないときの階調に近づけることができるため、中間輝度領域における色変化を抑えることができる。また、中間輝度領域の出力低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させることにより、高輝度領域のコントラストを向上させることができるので、増光により得られる際立ったハイライト表示と相まって高画質の調光表示を得ることができる。
【００１８】
本発明の表示装置の画像処理方法は、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の画像処理方法であって、前記照明光量を増加させるとき、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を減少させるとともに、前記中間輝度領域の出力の低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させ、低輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正処理を行うことを特徴とする。
この画像処理方法によれば、中間輝度領域の出力を減少させ、高輝度領域の出力ゲインを上昇させることによって、中間輝度領域における色変化の抑制効果、及び高輝度領域のコントラスト向上効果を得ることができるのに加え、低輝度領域の出力ゲインを低下させることにより低輝度領域の画像信号を圧縮するので、低輝度領域における階調つぶれが生じないようにすることができる。
【００１９】
本発明の表示装置の画像処理方法では、前記画像信号に彩度の高い画像要素が含まれているとき、前記低輝度領域の出力を増加させる階調補正処理を行うこともできる。
この画像処理方法によれば、照明光量を減少させる場合に、前記彩度判定部による画像解析に基づき、調光による色変化が目立って視認されやすい画像要素について、低輝度領域の出力を増加させる階調補正処理が成されるので、調光による色変化をさらに抑制することができ、もって高画質の表示画像が得られる。
【００２０】
本発明の表示装置の画像処理方法では、前記画像信号に彩度の高い画像要素が含まれているとき、前記高輝度領域の出力を低下させる階調補正処理を行うこともできる。
この画像処理方法によれば、照明光量を増加させる場合に、前記彩度判定部による画像解析に基づき、調光による色変化が目立って視認されやすい画像要素について、低輝度領域の出力を増加させる階調補正処理が成されるので、調光による色変化をさらに抑制することができ、もって高画質の表示画像が得られる。
【００２１】
次に、本発明の画像処理プログラムは、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置に適用できる画像処理プログラムであって、前記照明光量を減少させる場合に、非調光時に比して中間輝度領域の出力を増加させ、前記中間輝度領域の出力の上昇に応じて低輝度領域の出力ゲインを上昇させる信号変調機能をコンピュータに実行させるものである。
【００２２】
本発明の画像処理プログラムは、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置に適用できる画像処理プログラムであって、前記照明光量を減少させるとき、非調光時に比して中間輝度領域の出力を増加させるとともに、前記中間輝度領域の出力の上昇に応じて低輝度領域の出力ゲインを上昇させ、高輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正機能をコンピュータに実行させるものである。
【００２３】
本発明の画像処理プログラムは、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置に適用できる画像処理プログラムであって、前記照明光量を増加させるとき、非調光時に比して中間輝度領域の出力を減少させ、前記中間輝度領域の出力の低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させる階調補正機能をコンピュータに実行させるものである。
【００２４】
本発明の画像処理プログラムは、照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置に適用できる画像処理プログラムであって、前記照明光量を増加させるとき、非調光時に比して中間輝度領域の出力を減少させるとともに、前記中間輝度領域の出力の低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させ、低輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正機能をコンピュータに実行させるものである。
【００２５】
本発明の画像処理プログラムでは、前記画像信号の低輝度領域に彩度の高い画像要素が含まれているとき、前記低輝度領域の出力を増加させる階調補正機能をコンピュータに実行させるものとすることができる。
【００２６】
本発明の画像処理プログラムでは、前記画像信号の高輝度領域に彩度の高い画像要素が含まれているとき、前記高輝度領域の出力を低下させる階調補正機能をコンピュータに実行させるものとすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［投射型表示装置］
図１は、本発明に係る画像処理方法を適用した表示装置の一例である投射型表示装置の概略構成図である。同図に示す投射型表示装置は、光源５１０、調光素子２６、ダイクロイックミラー５１３、５１４、反射ミラー５１５、５１６、５１７、リレーレンズ５１８、５１９、５２０、赤色光用液晶ライトバルブ５２２、緑色光用液晶ライトバルブ５２３、青色光用液晶ライトバルブ５２４、クロスダイクロイックプリズム５２５、投射レンズ系５２６を備えている。前記調光素子２６は、例えば、透過率が可変とされた液晶パネルによって構成されるものである。
【００２８】
光源５１０は、超高圧水銀灯等のランプ５１１とランプ５１１の光を反射するリフレクタ５１２とから構成されている。この光源５１０とダイクロイックミラー５１３との間には、光源５１０からの光量を調節する調光素子２６が配置されている。
青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー５１３は、光源５１０からの白色光のうちの赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は反射ミラー５１７で反射され、赤色光用液晶ライトバルブ５２２に入射される。
【００２９】
一方、ダイクロイックミラー５１３で反射された緑色光は、緑色光反射用のダイクロイックミラー５１４によって反射され、緑色光用液晶ライトバルブ５２３に入射される。
また、ダイクロイックミラー５１３で反射された青色光は、ダイクロイックミラー５１４も透過し、リレーレンズ５１８、反射ミラー５１５、リレーレンズ５１９、反射ミラー５１６、リレーレンズ５２０からなるリレー系５２１を経て、青色光用液晶ライトバルブ５２４に入射される。
【００３０】
各液晶ライトバルブ５２２、５２３、５２４により変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム５２５に入射する。このプリズムは、４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されたものである。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射光学系である投射レンズ系５２６によってスクリーン５２７上に投射され、画像が拡大されて表示される。
【００３１】
各液晶ライトバルブ５２２、５２３、５２４には、画像信号に基づいて、各色光に所定の画像処理を施す画像処理部（図１では図示を省略）が接続されている。画像処理部で所定の画像処理が施された画像信号は、ライトバルブドライバを介して、各液晶ライトバルブ５２２、５２３、５２４に供給される。本発明に係る投射型表示装置は、この画像処理部において行われる所定の画像処理に基づいて、画像表示を行うものである。
【００３２】
次に、本実施形態に係る投射型表示装置に適用された画像処理方法の第１、第２実施形態について説明する。
［画像処理方法の第１実施形態］
図２は、本実施形態の投射型表示装置の駆動回路の構成を示したブロック図である。図３は、図２に示す画像処理部２１の詳細構成を示すブロック図である。図４は、図２に示す画像解析部２４の詳細構成を示すブロック図である。
【００３３】
図２に示すように、まず画像信号は、画像処理部２１および画像解析部２４に入力される。画像解析部２４では、画像信号の解析を行って画像処理を行うための画像処理パラメータを算出するとともに、入力された画像信号をライトバルブ２３の出力階調に変換するための複数の変換テーブルを作成し、画像処理部２１に供給する。本実施形態の場合、図２に示すように、高彩度用ＬＵＴ（ルックアップテーブル）と低彩度用ＬＵＴの２種類の変換テーブルが、画像解析部２４から画像処理部２１へ供給されるようになっている。
【００３４】
また、画像解析部２４は、調光制御信号に基づいて調光素子ドライバ２５を制御する。調光ドライバ２５は、調光素子２６を制御する。この調光素子ドライバ２５は、画像解析部２４により得られた画像処理パラメータに従って、光源５１０からの照明光量を変化させる。これにより、表示画像の明るさ範囲を拡張しつつ、滑らかな階調表現を実現することができるようになっている。本実施の形態の投射型表示装置では、以上の作用により、ダイナミックレンジを広げることができ、映像品位の向上を図ることができる。
【００３５】
一方、画像処理部２１では、画像信号が入力されると、ライトバルブ２３を駆動する出力階調への変換処理を行う。この出力階調に変換された画像信号は、各色光用のライトバルブドライバ２２に入力され、ライトバルブドライバ２２は、この画像信号に基づいて、各色光用のライトバルブ２３を制御するようになっている。
【００３６】
本実施形態に係る画像処理部２１は、図３に示すように、彩度判定部３１と、高彩度処理部３２と、低彩度処理部３３とを備えて構成されている。
高彩度処理部３２及び低彩度処理部３３は、入力された画像信号を、画像解析部２４から供給される変換テーブルに基づき出力階調に変換する。図３に示すように高彩度処理部３２には、画像解析部２４から変換テーブルとして高彩度用ＬＵＴが供給され、低彩度処理部３３には、同、低彩度用ＬＵＴが供給されるようになっている。
上記彩度判定部３１は、入力された画像信号を解析して、所定の水準以上の彩度を有する画像要素又は画像領域の有無を判定し、係る判定に基づき、高彩度処理部３２と低彩度処理部３３のいずれを用いて後段の画像処理（出力階調変換処理）を行うかを選択する。そして、選択された前記処理部に対して画像信号を供給するようになっている。
【００３７】
画像解析部２４は、図４に示すように、ヒストグラム作成部４１と、ヒストグラム解析部４２と、テーブル作成部４３とを備えて構成されている。ヒストグラム作成部４１は、入力された画像信号の１フレームに含まれる画像データから、階調毎のヒストグラム（出現度数分布）を作成する。このヒストグラムの一例を図５に示す。図５中、横軸は階調数、縦軸は画素数を示している。
ヒストグラム解析部４２は、上記ヒストグラム作成部４１で作成されたヒストグラムに基づいて、画像処理部２１における画像処理パラメータである画像の明るさおよびオフセット値を抽出する。そして、これらのパラメータをテーブル作成部４３へ供給する。
【００３８】
テーブル作成部４３は、受け取った複数のパラメータに基づき、入力信号をライトバルブドライバ２２の出力階調に変換するための変換テーブルを作成する。その際、上記階調補正用パラメータを適用して変調曲線の補正を行うとともに、高彩度用ＬＵＴと低彩度用ＬＵＴの、画像信号の彩度に応じた２種類の変換テーブルを作成する。そして、作成した高彩度用ＬＵＴを先の画像処理部２１の高彩度処理部３２へ供給し、低彩度用ＬＵＴを低彩度処理部３３へ供給するようになっている。
【００３９】
上記高彩度用ＬＵＴ及び低彩度用ＬＵＴを供給された各処理部３２，３３は、彩度判定部３１からの画像信号の供給を受けると、その画像信号を上記変換テーブルを用いて出力階調に変換し出力する。本実施形態の投射型表示装置では、上記変換テーブルが階調補正用パラメータを適用して作成されているため、適切な階調補正が成された画像信号を得ることができるようになっており、画像信号の変調を行う画像処理部２１が、本発明に係る階調補正手段としても機能するようになっている。出力された画像信号は、前記処理部３２又は３３から図２に示すライトバルブドライバ２２に送信される。
【００４０】
上記画像解析部２４で作成された２種類の変換テーブルを用いた画像処理部２１における入力信号の変調に際して、第１実施形態の画像処理方法を適用すれば、表示光量を減少させる場合に、適切に階調補正が成された高画質の表示画像を得ることができる。この第１実施形態の画像処理方法における階調補正処理について、図６を参照して以下に説明する。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、画像処理方法の第１実施形態を説明するための階調曲線を示す図であり、図中、横軸は入力信号（画像信号）、縦軸は表示階調又は出力階調を示している。
【００４１】
図６（ａ）は、調光を行わない通常時の階調曲線を示している。この場合、階調曲線は４５°の直線状を成しており、入力信号は全帯域で一定のゲインで出力階調に変換され、同様の階調特性の表示階調が得られる。これに対して、本実施形態の画像処理方法では、図６（ｂ）に示すような階調曲線５０に沿う変換テーブル（低彩度用ＬＵＴ）を用いて入力信号を出力階調に変換する処理を行う。そして、この出力階調に変換された画像信号で制御されるライトバルブ２３により、減光された光を変調することで、図６（ｃ）に実線で示すような表示階調の階調曲線が得られるようになっている。上記階調補正を行わない場合（すなわち、図６（ｂ）に点線で示す階調曲線５２を用いて上記変換を行った場合）、表示階調の階調曲線は、図６（ｃ）に二点鎖線で示す階調曲線５５のような表示特性になる。
【００４２】
図６（ｂ）において、本実施形態の階調曲線５０（実線）は、階調曲線５２（非調光時の階調曲線）に比して、中間輝度領域５０ｂにおける出力が増加しており、それに伴って低輝度領域５０ａの出力ゲインが上昇し、高輝度領域５０ｃの出力ゲインが低下している。そして、本実施形態の階調曲線５０を用いた画像処理により得られる表示階調においては、図６（ｃ）に示すように、中間輝度領域において、同図に点線で示す非調光時の階調曲線５４と一致している。
このように表示階調の中間輝度領域の出力を、非調光時の階調曲線５４と一致させるように増加させることで、光量を低下させたことによる色変化を効果的に抑制することができ、従来の適応型表示装置で問題となっていた調光時の色変化による画質の低下を抑えることができる。
【００４３】
また、図６（ｃ）に示す表示階調の低輝度領域においては、出力ゲインの上昇によりコントラストが向上するので、視覚される画像の暗部の高画質化を実現することができ、調光による階調表現の向上効果をさらに促進することができる。
さらに本実施形態の場合、図６（ｂ）に示すように、高輝度領域５０ｃにおける出力ゲインを、非調光時に比して低下させるように階調補正を行っているので、図６（ｃ）に示すように、階調補正を行わない場合の階調曲線５５のように高輝度領域における階調のつぶれを生じさせることなく、調光を行うことが可能になっている。
【００４４】
また、本実施形態ではテーブル作成部４３において、高彩度用ＬＵＴと低彩度用ＬＵＴの２種類を作成し、これらの変換テーブルを用いて、画像要素の彩度に基づき異なる画像処理を行うことで、調光時の表示画像のさらなる高画質化を実現できるようになっている。上記実施形態における図６（ｂ）に示した階調曲線に沿う変換テーブルは、低彩度用ＬＵＴとして低彩度処理部３３に供給されるものであり、高彩度処理部３２に対しては、図７に示すような階調曲線に沿う変換テーブルを供給するようになっている。図７（ａ）は、高彩度処理部３２で用いられる高彩度用ＬＵＴの説明図、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す階調曲線を適用した場合の表示階調の階調曲線である。
【００４５】
図６（ｂ）に示す階調曲線に対応する低彩度用ＬＵＴを用いた場合、低輝度領域５０ａの出力ゲインを上昇させることに伴って、この輝度領域の色調に若干の変化を生じるため、画像信号中に彩度の高い画像要素又は画像領域が含まれている場合、この画像要素における色変化が比較的目立って視認されることになる。そこで、本実施形態の画像処理方法においては、画像信号に上記高彩度の画像要素ないし画像領域が含まれる場合には、係る画像要素について高彩度処理部３２によって画像処理を行うことが選択され、図７（ａ）に示す階調曲線に沿う高彩度用ＬＵＴを用いて入力信号の変換を行うようになっている。図７（ａ）に示すように、高彩度用ＬＵＴに対応する階調曲線５３は、図６（ｂ）に示す階調曲線５０と比較して、低輝度領域５３ａの出力が増加されている。そして、この高彩度用ＬＵＴを用いた画像処理を行うことで、図７（ｂ）に示す表示階調の階調曲線５６が得られ、この階調曲線５６では、低輝度領域５６ａにおいて非調光時の階調曲線５４とほぼ一致しており、低輝度領域における色変化を目立たなくすることができる。
【００４６】
［画像処理方法の第２実施形態］
次に、第２実施形態の画像処理方法を適用した場合について図８及び図９を参照して説明する。この第２実施形態の画像処理方法は、光量を増加させる場合に適用することで、適切に階調補正が成された高画質の表示画像を得ることができる画像処理方法である。
図８（ａ）〜（ｃ）は、本画像処理方法を説明するための階調曲線を示す図であり、図中、横軸は入力信号（画像信号）、縦軸は表示階調又は出力階調を示している。また、図９（ａ）は、本画像処理方法に係る高彩度用ＬＵＴに対応する階調曲線を示す図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す階調曲線を適用した場合の表示階調の階調曲線を示している。
【００４７】
図８（ａ）は、図６（ａ）と同様に、調光を行わない通常時の階調曲線を示している。これに対して、本実施形態の画像処理方法では、図８（ｂ）に示すような階調曲線６０に沿う変換テーブル（低彩度用ＬＵＴ）を用いて入力信号を出力階調に変換する処理を行う。そして、この出力階調に変換された画像信号で制御されるライトバルブ２３により、減光された光を変調することで、図８（ｃ）に実線で示すような表示階調の階調曲線が得られるようになっている。上記階調補正を行わない場合（すなわち、図８（ｂ）に点線で示す階調曲線６２を用いて上記変換を行った場合）、表示階調の階調曲線は、図８（ｃ）に二点鎖線で示す階調曲線６５のような表示特性になる。
【００４８】
図８（ｂ）において、本実施形態の階調曲線６０（実線）は、階調曲線６２（非調光時の階調曲線）に比して、中間輝度領域６０ｂにおける出力が低下しており、それに伴って高輝度領域６０ｃの出力ゲインが上昇し、低輝度領域６０ａの出力ゲインが低下している。そして、本実施形態の階調曲線６０を用いた画像処理により得られる表示階調においては、図８（ｃ）に示すように、中間輝度領域において、同図に点線で示す非調光時の階調曲線５４と一致している。
このように表示階調の中間輝度領域の出力を、非調光時の階調曲線５４と一致させるように増加させることで、光量を増加させたことによる色変化を効果的に抑制することができ、従来適応型表示装置で問題となっていた調光時の色変化による画質の低下を抑えることができる。
【００４９】
また、図８（ｃ）に示す表示階調の高輝度領域においては、出力ゲインの上昇によりコントラストが向上するので、視覚される画像の明部の高画質化を実現することができ、調光による階調表現の向上効果をさらに促進することができる。
さらに本実施形態の場合、図８（ｂ）に示すように、低輝度領域６０ａにおける出力ゲインを、非調光時に比して低下させるように階調補正を行っているので、図８（ｃ）に示すように、階調補正を行わない場合の階調曲線６５のように低輝度領域における階調のつぶれを生じさせることなく、調光を行うことが可能になっている。
【００５０】
また、本実施形態の投射型表示装置ではテーブル作成部４３において、高彩度用ＬＵＴと低彩度用ＬＵＴの２種類を作成し、これらの変換テーブルを用いて、画像要素の彩度に基づき異なる画像処理を行うことで、調光時の表示画像のさらなる高画質化を実現できるようになっている。先の実施形態の画像処理方法における図８（ｂ）に示した階調曲線に沿う変換テーブルは、低彩度用ＬＵＴとして低彩度処理部３３に供給されるものであり、高彩度処理部３２に対しては、図９に示すような階調曲線に沿う変換テーブルを供給するようになっている。
【００５１】
図８（ｂ）に示す階調曲線に対応する低彩度用ＬＵＴを用いた場合、高輝度領域６０ｃの出力ゲインを上昇させることに伴って、この輝度領域の色調に若干の変化を生じるため、画像信号中に彩度の高い画像要素又は画像領域が含まれている場合、この画像要素の色変化が比較的目立って視認されることになる。本実施形態の画像処理方法においても、上記第１実施形態と同様に、画像信号に上記高彩度の画像要素あるいは画像領域が含まれる場合には、係る画像要素について高彩度処理部３２によって画像処理を行うことが選択され、図９（ａ）に示す階調曲線に沿う高彩度用ＬＵＴを用いて入力信号の変換を行うようになっている。図９（ａ）に示すように、高彩度用ＬＵＴに対応する階調曲線６３は、図８（ｂ）に示す階調曲線６０と比較して、高輝度領域６３ｃの出力が増加されている。そして、この高彩度用ＬＵＴを用いた画像処理を行うことで、図９（ｂ）に示す表示階調の階調曲線６６が得られる。この階調曲線６６では、高輝度領域６６ｃにおいて非調光時の階調曲線５４とほぼ一致しているので、高輝度領域における色変化を目立たなくすることができる。
【００５２】
このように、本発明に係る画像処理方法を適用された投射型表示装置によれば、減光を行う場合には、上記第１実施形態の画像処理方法による階調補正処理によって、色変化が抑制されるとともに低輝度領域のコントラストが向上された高画質の表示画像が得られ、増光を行う場合には、上記第２実施形態の画像処理方法による階調補正処理によって、色変化が抑制されるとともに高輝度領域のコントラストが向上された高画質の表示画像が得られる。
【００５３】
尚、本発明に係る表示装置としては、上記第１、第２実施形態の画像処理方法は、両方を適用されている必要はなく、第１、第２実施形態のいずれかの画像処理方法のみを適用された構成であっても良いのは勿論であり、表示装置の構成に応じて適宜選択すればよい。
また、上記実施形態の投射型表示装置では、画像処理部２１が階調補正手段を備えた構成としたが、入力された画像信号がライトバルブドライバ２２に入力されるまでの間であれば、任意の位置に上記階調補正手段を設けることができ、上記階調補正手段により補正処理を施される画像信号はアナログ信号であっても、デジタル信号であっても構わない。
【００５４】
［投射型表示装置の他の実施形態］
図１０は、本発明に係る投射型表示装置の他の形態を示す概略構成図である。この実施形態の投射型表示装置７０と、図１に示した形態の投射型表示装置との異なる点は、先の実施形態では、照明系として光源５１０と、この光源５１０から射出された光を複数の色光に分離するダイクロイックミラー５１３，５１４とリレーレンズ５１８，５１９，５２０とが備えられていたのに対して、本実施形態では異なる色光をそれぞれ射出することが可能な光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂが設けられている点である。
【００５５】
光源２Ｒは、赤色光ＬＲを射出するランプ７Ｒと、ランプ７Ｒの光を反射するリフレクタ８とから構成されている。光源２Ｇは、緑色光ＬＧを射出するランプ７Ｇと、ランプ７Ｇの光を反射するリフレクタ８とから構成されている。光源２Ｂは、青色光ＬＢを射出するランプ７Ｂと、ランプ７Ｂの光を反射するリフレクタ８とから構成されている。ランプ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂは、発光ダイオード（ＬＥＤ）や、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）や、無機エレクトロルミネッセンス素子（無機ＥＬ素子）等から構成されている。
【００５６】
光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂは、液晶ライトバルブ（光変調手段）７２，７３，７４に対応して設けられており、光源２Ｒと赤色光用液晶ライトバルブ７２との間に赤色光調光用液晶素子７２ａが配置され、光源２Ｇと緑色光用液晶ライトバルブ７３との間に緑色光調光用液晶素子７３ａが配置され、光源２Ｂと青色光用液晶ライトバルブ７４との間に青色光調光用液晶素子７４ａが配置されている。
【００５７】
光源２Ｒから射出された赤色光ＬＲは赤色光調光用液晶素子７２ａに入射し、ここで先の実施形態と同様にして赤色の映像信号のヒストグラムから抽出された画像処理パラメータに基づいて強度（光量）を調節された後、赤色光用液晶ライトバルブ７２に入射し、ここで変調される。光源２Ｇから射出された緑色光ＬＧは緑色光調光用液晶素子７３ａに入射し、緑色の映像信号のヒストグラムから抽出された画像処理パラメータに基づいて強度（光量）を調節された後、緑色光用液晶ライトバルブ７３に入射し、ここで変調される。光源２Ｂから射出された青色光ＬＢは青色光調光用液晶素子７４ａに入射し、青色の映像信号のヒストグラムから抽出された画像処理パラメータに基づいて強度（光量）を調節された後、青色光用液晶ライトバルブ７４に入射し、ここで変調される。
【００５８】
各液晶ライトバルブ７２，７３，７４によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム７５に入射され、ここで３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ７６によりスクリーン７７上に投射され、拡大画像が投影されるようになっている。
【００５９】
上記本実施形態の投射型表示装置においても、上記各ライトバルブ７２〜７４による各色光の変調に際して、画像信号に対して本発明に係る第１実施形態又は第２実施形態の画像処理方法を適用した適切な階調補正が行われるため、調光に伴う画像要素の色変化が抑えられた高画質の表示画像が得られる。また、光量を減少させる場合には、低輝度領域の出力ゲインを上昇させることによるコントラストの向上効果が得られ、光量を増加させる場合には、高輝度領域の出力ゲインを上昇させることによるコントラストの向上効果が得られる。
さらに、調光による階調つぶれも、減光時には高輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正を行うことで防止でき、また増光時には低輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正を行うことにより効果的に防止することができる。
【００６０】
またさらに、上記階調補正処理は、画像信号の彩度に基づき選択される変換テーブル（高彩度用ＬＵＴ、低彩度用ＬＵＴ）を用いて行われるため、調光による色変化が目立ちやすい高彩度の画像要素についても適切な階調補正処理が成され、高画質の表示画像が得られる。
【００６１】
また、本実施形態の投射型表示装置によれば、光源２Ｒ，２Ｇ、２Ｂとこれに対応して設けられた液晶ライトバルブ７２，７３，７４との間にそれぞれ調光用液晶素子が備えられ、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各光路上において光源と液晶ライトバルブとの間に調光用液晶素子が備えられているので、光源２Ｒ，２Ｇ、２Ｂから射出された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの強度（光量）を互いに独立に調節可能である。したがって、各光源の光出力強度が一定のままでも各調光用液晶素子に対応する液晶ライトバルブにおいて所望の強度（光量）の色光が得られるため、映像に応じた明るさが得られ、また、映像の色合いに偏りがある場合であっても効果的に調光でき、投射型表示装置のダイナミックレンジを拡大することができ、映像表現力や使用環境への順応性に優れた投射型表示装置の実現に有利である。
【００６２】
尚、本実施形態の投射型表示装置では、液晶ライトバルブに照射される光量の調節を行う調光手段として、調光用液晶素子７２ａ〜７４ａを液晶ライトバルブ７２〜７４の前段に配した場合を図示して説明したが、光源２Ｒ，２Ｇ，２Ｂのランプ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに固体発光素子を用いる場合には、その発光強度を制御性良く変化させることが可能であるため、調光用液晶素子７２ａ〜７４ａを設けない構成としてもよい。
【００６３】
［画像処理プログラム］
また、上記各実施形態の投射型表示装置ないし画像処理方法の機能を実現するための画像処理プログラムを、コンピュータ読取可能な媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータに読み込ませ、実行することにより本発明に係る画像処理方法に必要な処理を実行することもできる。
本発明に係る画像処理プログラムは、上記投射型表示装置に限らず、直視型表示装置、液晶装置、エレクトロルミネッセンス装置、プラズマディスプレイ装置、デジタルミラーデバイス、フィールドエミッションデバイス等の画像処理にも用いることができる。
【００６４】
上記でいう「コンピュータ」は、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものである。また「コンピュータ読取可能な媒体」には、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可般媒体、コンピュータに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のみならず、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体ないしは伝送波）、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータ内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含まれる。
また上記画像処理プログラムは、上記実施形態の表示装置の機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータにすでに記録されている画像処理プログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分プログラムであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る画像処理方法を適用した表示装置の一例である投射型表示装置の概略構成図。
【図２】図２は、実施形態の投射型表示装置の駆動回路の構成を示したブロック図。
【図３】図３は、図２に示す画像処理部の詳細構成を示すブロック図。
【図４】図４は、図２に示す画像解析部の詳細構成を示すブロック図。
【図５】図５は、ヒストグラムの一例を示す図。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は、画像処理方法の第１実施形態を説明するための階調曲線を示す図。
【図７】図７（ａ）は、高彩度処理部３２で用いられる高彩度用ＬＵＴの説明図、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す階調曲線を適用した場合の表示階調の階調曲線を示す図。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の画像処理方法を説明するための階調曲線を示す図。
【図９】図９（ａ）は、本発明の画像処理方法に係る高彩度用ＬＵＴに対応する階調曲線を示す図、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す階調曲線を適用した場合の表示階調の階調曲線を示す図。
【図１０】図１０は、投射型表示装置の他の形態を示す概略構成図。
【符号の説明】
２１ 画像処理部（階調補正手段）、２４ 画像解析部、３１ 彩度判定部、３２ 高彩度処理部、３３ 低彩度処理部、４３ テーブル作成部、５０，６０階調曲線（出力階調）、５０ａ，６０ａ 低輝度領域、５０ｂ，６０ｂ 中間輝度領域、５０ｃ，６０ｃ 高輝度領域、５３，６３ 階調曲線（表示階調）

Claims (14)

1. 照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、
   前記照明光量を減少させる場合に機能し、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を増加させ、前記中間輝度領域の出力上昇に応じて低輝度領域の信号ゲインを上昇させる階調補正処理を行う階調補正手段を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、
   前記照明光量を減少させる場合に機能し、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を増加させるとともに、前記中間輝度領域の出力の上昇に応じて低輝度領域の出力ゲインを上昇させ、高輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正処理を行う階調補正手段を備えたことを特徴とする表示装置。
3. 照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、
   前記照明光量を増加させる場合に機能し、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を減少させ、前記中間輝度領域の出力低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させる階調補正処理を行う階調補正手段を備えたことを特徴とする表示装置。
4. 照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置であって、
   前記照明光量を増加させる場合に機能し、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を減少させるとともに、前記中間輝度領域の出力低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させ、低輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正処理を行う階調補正手段を備えたことを特徴とする表示装置。
5. 前記画像信号に基づき画像要素の彩度を判定する彩度判定部をさらに備え、
   前記彩度判定部によって前記画像信号に彩度の高い画像要素が含まれていると判定された場合に、前記階調補正手段により、前記低輝度領域の出力を増加させる階調補正処理が行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
6. 前記画像信号に基づき画像要素の彩度を判定する彩度判定部をさらに備え、
   前記彩度判定部によって前記画像信号に彩度の高い画像要素が含まれていると判定された場合に、前記階調補正手段により、前記高輝度領域の出力を減少させる階調補正処理が行われることを特徴とする請求項３又は４に記載の表示装置。
7. 前記画像信号に対する階調補正処理を行うための変換テーブルを複数作成可能とされたテーブル作成部を備え、
   前記階調補正手段が、前記彩度判定部の彩度判定に基づき選択された変換テーブルを用いて、対応する彩度の前記画像信号の階調補正処理を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の表示装置。
8. 照明光量変化時の中間輝度領域の表示階調が、非照明光量変化時の表示階調と概ね一致していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の画像処理方法であって、
   前記照明光量を減少させるとき、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を増加させるとともに、前記中間輝度領域の出力の上昇に応じて低輝度領域の出力ゲインを上昇させる階調補正処理を行うことを特徴とする表示装置の画像処理方法。
10. 照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の画像処理方法であって、
    前記照明光量を減少させるとき、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を増加させるとともに、前記中間輝度領域の出力の上昇に応じて低輝度領域の出力ゲインを上昇させ、高輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正処理を行うことを特徴とする表示装置の画像処理方法。
11. 照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の画像処理方法であって、
    前記照明光量を増加させるとき、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を減少させるとともに、前記中間輝度領域の出力の低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させる階調補正処理を行うことを特徴とする表示装置の画像処理方法。
12. 照明光量を変化させることにより表示画像の調整が可能な表示装置の画像処理方法であって、
    前記照明光量を増加させるとき、前記表示画像の画像信号に対して、中間輝度領域の出力を減少させるとともに、前記中間輝度領域の出力の低下に応じて高輝度領域の出力ゲインを上昇させ、低輝度領域の出力ゲインを低下させる階調補正処理を行うことを特徴とする表示装置の画像処理方法。
13. 前記画像信号に彩度の高い画像要素が含まれているとき、前記低輝度領域の出力を増加させる階調補正処理を行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の表示装置の画像処理方法。
14. 前記画像信号に彩度の高い画像要素が含まれているとき、前記高輝度領域の出力を低下させる階調補正処理を行うことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の表示装置の画像処理方法。

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