JP2005257761A - 画像表示装置及び画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 全体として表示画像の印象を変えることなく白とびを防止した、画像表示装置及び画像表示方法を提供する。
【解決手段】 照明光の調光処理と画像信号の階調数の伸張処理とによって表示画像が調整される画像表示装置である。表示画像の明るさを特徴付ける画像パラメータを画像信号から単位時間毎に抽出する画像パラメータ抽出手段８２と、画像パラメータ抽出手段８２で抽出された画像パラメータに基づいて調光処理を行わせる調光制御手段８３と、画像パラメータ抽出手段８２で抽出された画像パラメータに基づいて伸張処理を行う伸張処理手段８６とを備えてなる。伸張処理手段８６は、入力した画像信号の最大階調が伸張処理後、出力可能な最大階調より低い階調となるように伸張制御パラメータを決定し、伸張処理をなす。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像表示装置及び画像表示方法に関する。

近年、情報機器の発達はめざましく、例えば画像表示装置では、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型への要求に伴い、その研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は、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、前記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような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表示画像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する液晶プロジェクタが知られている。
液晶プロジェクタは、光変調器として液晶ライトバルブを用いたものであるが、プロジェクタには、液晶ライトバルブの他、デジタルミラーデバイスを光変調器としたものも実用化されている。ところが、この種の従来のプロジェクタは以下のような課題を有している。

（１）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、充分なコントラストが得られない。そのため、表示できる階調範囲（ダイナミックレンジ）が狭く、陰極線管（ＣＲＴ）を用いた既存のテレビ受像機に比較すると、表示画像の品質や迫力の点で劣ってしまう。
（２）各種の映像信号（画像信号）処理により表示画像の品質向上を図ろうとしても、ダイナミックレンジが固定されているために、充分な効果を発揮することができない。
このようなプロジェクタの課題に対する解決策、つまりダイナミックレンジを拡張する方法としては、画像信号に応じて光変調器（ライトバルブ）に入射させる光の量を変化させることが考えられる。それを実現するのに最も簡便な方法は、ランプの光出力強度を変化させることである。プロジェクタにおいて、メタルハライドランプの出力光の制御を行う方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平５−６６５０１号公報

プロジェクタに用いるランプとしては、高圧水銀ランプが現在主流となっているが、高圧水銀ランプで光出力強度を制御するのは極めて困難な状況である。このことから、ランプの光出力強度自体は変化させなくても、光変調器への入射光量を画像信号に応じて変化させることのできる方法が求められている。
さらに前記の課題に加えて、現行のプロジェクタでは光源の明るさが固定されているため、例えば暗めの鑑賞環境においては表示画像が明るくなりすぎたり、また、投射距離や投射レンズのズーミングにより投射スクリーンサイズを変化させた際に、それに応じて表示画像の明るさが変化してしまうという課題もあった。

このような課題を解決するため、近年、プロジェクタの照明装置として、前述のメタルハライドランプや高圧水銀ランプ等の光源に調光用のルーバ（遮光板）を組み合わせた構造のものが提案されている。具体的には、光源から射出された光の光軸上に遮光板を配置し、これをその主面に平行な回動軸の回りに回動させることにより、光源光を一部遮光して調光をなすようにしている。

このような構成によれば、光源とは別に設けられた調光手段により、光源から射出された光の光量調整を任意に行なうことができる。このため、照明光を例えば画像信号に基づいて調節することで、光源の光出力強度が一定のままでも被照明領域（光変調器）において表示画像に応じた明るさの光を得ることができ、プロジェクタのダイナミックレンジの拡張に寄与することができる。同様に、投射拡大率、使用環境下における明るさの状況、もしくは、使用者の好み等に応じた明るさの光を得ることができる。

ところが、このような調光処理とこれとは別に行う伸張処理とにより、黒レベルを変化させるという原理上、画像信号に同期して調光処理及び伸張処理を行うことは、映像中に不用意な明るさ変化を生じさせることとなる。しかして、このような明るさ変化は、視聴者にとっては表示画像上のちらつきとして認識されてしまう。このため、従来のプロジェクタにおいては、画像信号の切り替わりとは一致させずに、徐々に、すなわち比較的低速度で、調光処理及び伸張処理を行うことにより、表示画像のちらつきを防止している。
しかしながら、画像信号に対する調光処理及び伸張処理の遅れは、例えば、表示画像が暗いシーンから明るいシーンに切り替わった際に、表示画像に白とびが生じるといった新たな課題を生じてしまう。

本発明は前記課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、全体として表示画像の印象を変えることなく白とびを防止した、画像表示装置及び画像表示方法を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の画像表示装置は、照明光の調光処理と画像信号の階調数の伸張処理とによって表示画像が調整される画像表示装置であって、
前記表示画像の明るさを特徴付ける画像パラメータを画像信号から単位時間毎に抽出する画像パラメータ抽出手段と、
前記画像パラメータ抽出手段で抽出された画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を行わせる調光制御手段と、
前記画像パラメータ抽出手段で抽出された画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う伸張処理手段とを備えてなり、
前記伸張処理手段は、入力した画像信号の最大階調が伸張処理後、出力可能な最大階調より低い階調となるように前記伸張制御パラメータを決定し、伸張処理をなすものであることを特徴としている。

また、本発明の画像表示方法は、照明光の調光処理と画像信号の階調数の伸張処理とによって表示画像が調整する画像表示方法であって、
前記表示画像の明るさを特徴付ける画像パラメータを画像信号から単位時間毎に抽出する第１ステップと、
前記第１ステップで抽出された画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を行わせる第２ステップと、
前記第１ステップで抽出された画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う第３ステップとを備えてなり、
前記第３ステップは、入力した画像信号の最大階調が伸張処理後、出力可能な最大階調より低い階調となるように前記伸張制御パラメータを決定し、伸張処理をなすことを特徴としている。

例えば、画素パラメータを入力階調の最大値でなく、これより低い階調数とした場合に、従来のごとくこの階調数（画素パラメータ）を基に伸張制御パラメータを決定し、伸張処理を行うと、高階調側で階調潰れによる白とびが生じる可能性がある。
しかし、前記画像表示装置及び画像表示方法によれば、前記伸張処理手段（第３ステップ）が、入力した画像信号の最大階調が伸張処理後、出力可能な最大階調より低い階調となるように前記伸張制御パラメータを決定し、伸張処理をなすので、前記のような高階調側での階調潰れによる白とびの発生が防止される。

また、前記画像表示装置においては、前記伸張制御パラメータを、少なくとも高階調側において、伸張処理後に出力可能な最大階調を前記画像パラメータで除した値より小さくなるように決定するのが好ましい。
例えば、画像パラメータを入力階調の最大値（ｌｕｍ）とし、伸張処理後に出力可能な最大階調を２５５とした場合に、伸張制御パラメータ（Ｃ２）を、
Ｃ２＜（２５５／ｌｕｍ）とする。
このように伸張制御パラメータ（Ｃ２）を決定することで、新たに入力した画像信号を伸張処理した際、この新たに入力した画像信号が（ｌｕｍ）以下の階調数であれば、これを伸張処理した後の出力階調は出力可能な最大階調より必ず低い階調となり、階調潰れが起こらなくなる。

また、前記画像表示装置においては、前記伸張制御パラメータを、少なくとも高階調側において、前記調光処理による減光率の逆数より小さくなるように決定するのが好ましい。
例えば、調光処理による減光率（１／ｍ）を、（１／ｍ）＝（ｌｕｍ／２５５）とした場合に、その逆数であるｍは、ｍ＝（２５５／ｌｕｍ）となる（ただし、（ｌｕｍ）は画像パラメータを入力階調の最大値としたときの階調数であり、２５５は伸張処理後に出力可能な最大階調である）。
したがって、伸張制御パラメータ（Ｃ２）を、Ｃ２＜ｍ＝（２５５／ｌｕｍ）とすることにより、前述したように新たに入力した画像信号を伸張処理した際、この新たに入力した画像信号が（ｌｕｍ）以下の階調数であれば、これを伸張処理した後の出力階調は出力可能な最大階調より必ず低い階調となり、階調潰れが起こらなくなる。

また、前記画像表示装置においては、前記伸張処理は、乗算処理または乗算処理と加算処理との組み合わせによってなされていてもよい。
このようにすれば、例えば一つの伸張処理を従来通りの単純な乗算処理によって行い、他の伸張処理を乗算処理と加算処理との組み合わせによってなすことで、例えば入力階調側での低階調側と高階調側とで伸張係数を異ならせつつ、これら低階調側と高階調側とを連続させることが可能になる。

また、前記画像表示装置においては、前記伸張処理は、ルック・アップ・テーブルに基づいてなされていてもよい。
このようにすれば、より複雑な伸張処理が可能になる。

また、前記画像表示装置においては、前記伸張処理手段は、同一画面内において入力階調に応じて異なる伸張処理を行うものであってもよい。
このようにすれば、例えば表示画像が暗い状態から明るい状態となった場合に、特に入力階調が高い側で弱い伸張処理（伸張係数が小さい伸張処理）を行い、得られた出力階調を採用して表示画像を調整することで、階調潰れによる白とびを防止することが可能になる。

前記伸張処理手段は、低階調側で伸張係数が大きく、高階調側で伸張係数が小さくなっているのが好ましい。
このようにすれば、前述したように例えば表示画像が暗い状態から明るい状態となった場合に、特に入力階調が高い側（高階調側）で伸張係数を小さくしているので、得られた出力階調を採用して表示画像を調整することで、階調潰れによる白とびを防止することが可能になる。

また、前記画像表示装置においては、前記の入力階調に応じて異なる伸張処理が、同じ時定数で制御されていてもよい。
時定数によって、画像信号の切り替わりとは一致させずに比較的低速度で伸張処理を行うことにより、全ての表示階調において表示画像のちらつきを防止することが可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の画像表示装置及び画像表示方法を詳しく説明する。
まず、本発明の画像表示方法を用いる画像表示装置として、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に液晶ライトバルブを備えた、３板式のプロジェクタを例にして説明する。

図１は、このようなプロジェクタの一例の概略構成を示す図である。図１に示したプロジェクタは、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を備えたものである。

調光素子２６としては、例えば、透過率が可変とされた液晶パネルを用いても良いし、可動式の遮光板などを用いても良い。液晶パネルを用いた調光素子は応答速度が比較的速いものである一方、可動式遮光板などを用いた機械的な調光素子は応答速度が比較的遅いものである。いずれにしても、これら調光素子と液晶ライトバルブとの応答速度は異なるものである。

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ＬＲを透過させるとともに、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとを反射する。透過した赤色光ＬＲ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。

一方、ダイクロイックミラー５１３で反射された緑色光ＬＧ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ＬＢ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。

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。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。

次に、このようなプロジェクタの駆動方法に基づき、本発明の画像表示装置及び画像表示方法について説明する。
図２は、本発明の画像表示装置を用いた前記プロジェクタの駆動回路の構成を示すブロック図である。調光機能を持たないプロジェクタの場合、入力された画像信号（映像信号）は適当な補正処理を経て、そのまま液晶パネルドライバに供給されるが、本発明の画像表示装置のように、調光機能を有し、かつそれを画像信号に基づいて制御する方式の場合、基本的な構成として、以下に説明するようにデジタル信号処理ブロックであるＤＳＰ（１）〜ＤＳＰ（３）などの回路を備えている。

すなわち、本実施形態では、アナログ信号として入力された画像信号が、ＡＤコンバータ８１を経て第１のデジタル信号処理回路であるＤＳＰ（１）８２（画像パラメータ抽出手段）に入力される。このＤＳＰ（１）８２では、入力した画像信号から表示画像の明るさを特徴付ける制御信号（画像パラメータ）を単位時間毎に抽出し（第１ステップ）、抽出した制御信号を、第２のデジタル信号処理回路であるＤＳＰ（２）８３、第３のデジタル信号処理回路であるＤＳＰ（３）８６の双方に送出（出力）する。

ＤＳＰ（２）８３（調光制御手段）では、前記制御信号（画像パラメータ）に基づいて調光制御パラメータを決定し、この調光制御パラメータに基づいて調光素子ドライバ８４を制御する（第２ステップ）。そして、最終的には調光素子ドライバ８４が調光素子２６を実際に駆動させることにより、ＤＳＰ（２）８３（調光制御手段）は調光素子２６を駆動させ、調光処理を行わせるものとなる。

また、ＤＳＰ（３）８６（伸張処理手段）には、前記のＡＤコンバータ８１を経て送られてきた画像信号とともに、ＤＳＰ（１）８２で抽出された制御信号（画像パラメータ）も入力される。このＤＳＰ（３）８６では、前記制御信号に基づいて伸張制御パラメータを決定し、この伸張制御パラメータに基づいて前記画像信号を後述するように適当な階調範囲に伸張処理する（第３ステップ）。
そして、伸張処理後の画像信号は、ＤＡコンバータ８７により再びアナログ信号に変換された後、パネルドライバ８８に入力され、さらにこのパネルドライバ８８から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のそれぞれに供給される。

ここで、ＤＳＰ（２）８３（調光制御手段）による調光素子２６の制御・駆動について説明する。なお、本実施形態では、特に表示映像適応型の制御、すなわち明るい映像シーンでは光量が多くなり、暗いシーンでは光量が少なくなるような表示映像に適応した明るさ制御を行なう場合について説明する。
前述したように、ＤＳＰ（１）８２で画像信号に基づいて制御信号（画像パラメータ）を単位時間毎に抽出し（ステップ１）、決定するが、その方法として具体的には、次の（ａ）〜（ｃ）に示す３通りが挙げられる。

（ａ）注目しているフレームに含まれている画素データのうち、明るさが最大の階調数を制御信号（画像パラメータ）とする方法。
例えば、０〜２５５の２５６ステップの階調数からなる画像信号を想定する。連続した映像を構成する任意の１フレームに着目した場合、そのフレームに含まれる画素データの階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）が、図３のようになったとする。この図３の場合、ヒストグラムに含まれる最も明るい階調数が１５０であるので、この階調数１５０を制御信号（画像パラメータ）とする。この方法は、入力される画像信号に対し、最も忠実に明るさを表現できる方法である。

（ｂ）注目しているフレームに含まれている階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）より、最大の明るさから出現数について一定の割合（例えば１０％）となる階調数を制御信号（画像パラメータ）とする方法。
例えば、画像信号の出現数分布が図４のようであった場合、ヒストグラムより明るい側から１０％の領域をとる。１０％に相当するところの階調数が２３０であったとすると、この階調数２３０を制御信号（画像パラメータ）とする。図４に示したヒストグラムのように、階調数２５５の近傍に突発的なピークがあった場合、前記（ａ）の方法を採用すれば、階調数２５５が明るさ制御信号となる。しかしながら、この突発的なピーク部分は表示画像全体における情報としてはあまり意味をなしていない。これに対して、階調数２３０を明るさ制御信号とする本方法は、表示画像全体の中で情報として意味を持つ領域によって判定する方法と言うことができる。なお、前記の割合は２〜５０％程度の範囲で変化させてもよい。

ただし、このようにして得られた値を制御信号（画像パラメータ）とした場合に、これを基にして従来のように伸張制御パラメータを決定し、伸張処理を行うと、高階調側で階調潰れによる白とびが生じる可能性がある。すなわち、前記の制御信号が伸張処理後に出力可能な最大階調となるように伸張係数（伸張制御パラメータ）を決定し、新たに入力した画像信号の入力階調に対しこの伸張係数を乗算することで伸張処理を行った場合に、例えば図４中において斜線で示した全体の１０％の範囲に相当する範囲の階調数を持つ画素信号が新たに入力されたとき、これら画素信号が伸張処理後に出力可能な最大階調より高くなってしまい、結果として階調潰れによる白とびを生じてしまう。

（ｃ）表示画像を複数のブロックに分割して、ブロック毎、含まれている画素の階調数の平均値を求め、最大のものを制御信号（画像パラメータ）とする方法。
例えば、図５に示すように、表示画像をｍ×ｎ個のブロックに分割し、それぞれのブロックＡ１１，…，Ａｍｎ毎の明るさ（階調数）の平均値を算出し、そのうちで最大のものを制御信号（画像パラメータ）とする。なお、表示画像の分割数は６〜２００程度とすることが望ましい。この方法は、表示画像全体の雰囲気を損なうことなく、明るさを制御することができる方法である。

なお、前記（ａ）〜（ｃ）の方法では、制御信号（画像パラメータ）の抽出・決定を、通常は表示領域全体に対して行うが、他に例えば、表示領域の中央部分など、特定の部分だけに前記方法を適用することもできる。その場合に、視聴者が注目している部分から明るさを決定するような制御が、可能となる。

次に、ＤＳＰ（２）８３において、前記の方法で抽出され決定された制御信号に基づき、調光素子ドライバ８４を制御するための調光制御パラメータを決定し、この調光制御パラメータに基づいて調光素子ドライバ８４を制御する。この方法にあっても、例えば次の２通りが考えられる。

（ａ）出力された制御信号（画像パラメータ）に対して、調光素子２６による単位時間（例えば１／３０秒）あたりの明るさ変化が既定値を超えないように調光制御パラメータを決定し、制御する方法。
この場合は、予め用意されたＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）に制御信号（画像パラメータ）を照らし合わせることで調光制御パラメータを決定し、明るさに応じた素子制御を行う。調光素子２６を比較的低速で動作させれば、細かい時間の変化に素子が追従しないため、短い周期での明暗の変化を避けることができる。

（ｂ）出力された制御信号（画像パラメータ）にＬＰＦ（ローパスフィルター）をかけ、得られた出力を調光制御パラメータとし、制御する方法。
例えば、ＬＰＦによって１〜３０秒以下の制御信号（画像パラメータ）の変化分をカットし、その出力を調光制御パラメータとして、これにより制御する。この方法によれば、細かい時間の変化分はカットされるため、前記のような短い周期での明暗の変化を避けることができる。

このようにして、例えば階調数１９０が制御信号（画像パラメータ）に決定された場合、最大明るさ（階調数２５５）の光量を１００％とすると、１９０／２５５＝７５％の光量が得られるように調光制御パラメータを決定し、これによって調光素子２６を駆動する。調光素子２６を、例えば遮光板によって形成した場合、透過率（ｍ）が７５％（遮光率［１／ｍ］が２５％）となるように遮光板を回動させる。同様に、階調数２３０が制御信号（画像パラメータ）である場合、２３０／２５５＝９０％の光量が得られるように調光素子２６を駆動する（回動させる）。

一方、ＤＳＰ（３）８６では、前述したようにＤＳＰ（１）８２で抽出され決定された制御信号（画像パラメータ）に基づいて伸張制御パラメータを決定し、この伸張制御パラメータに基づいて前記画像信号を適当な階調範囲、例えば０〜２５５の階調範囲に伸張処理する（第３ステップ）。
ここで、本発明においてＤＳＰ（３）８６（伸張処理手段）は、入力した画像信号、すなわちＡＤコンバータ８１を経て送られてきた画像信号の最大階調が、伸張処理後、出力可能な最大階調より低い階調となるように前記伸張制御パラメータを決定し、伸張処理を行うものとなっている。

［伸張処理の第１の例］
図６は、ＤＳＰ（３）８６（伸張処理手段）による伸張処理の第１の例を説明するためのブロック図であり、図７はこの第１の例の伸張処理を説明するためのグラフである。
この第１の例では、特に伸張制御パラメータを決定するための手法として、同一画面内において異なる複数の伸張処理を行うとともに、伸張処理後に得られる出力階調のうちの階調数の低い方を選択するようにしている。すなわち、本例のＤＳＰ（３）８６（伸張処理手段）は、例えば同一画面内において異なる二つの伸張処理を行うようになっており、そのため、図６に示すように第１処理部３１と第２処理部３２とを備え、さらにこれら各処理部３１、３２で伸張処理された後の出力階調についてその高低（大小）を比較し、階調数の低い（小さい）方を選択する演算部３３を備えている。

第１処理部３１は、従来と同様に、入力された画像信号における入力階調に対し、単純に伸張係数を乗算することで、最大階調を２５５とする出力階調を算出するものである。すなわち、この第１処理部３１は、図７中実線Ａで示すように、横軸に示す入力階調（ｘ）に対して伸張係数（図７中の実線Ａの傾きとして表される）Ｃ１を乗算することにより、例えば入力階調での最大階調（ｍａｘ１）が縦軸に示す出力階調（ｙ）での最大階調（２５５）となるように設定されている。

ここで、この第１処理部３１では、制御信号（画像パラメータ）に基づいて伸張制御パラメータとなる伸張係数を決定し、前述したようにこの得られた伸張係数を入力階調に対して乗算することで、出力階調を算出するようになっている。すなわち、図７中の実線Ａの傾きとして表される前記伸張係数Ｃ１を、制御信号（画像パラメータ）に基づいて決定するようになっているのである。ただし、この第１の例では、第１処理部３１による伸張処理を、予め設定された時定数を持つ制御信号に基づいて行うようになっている。つまり、時定数で設定された所定時間前の制御信号を用いることで、この伸張処理を画像信号の切り替わりとは一致させずに比較的低速度で行わせ、これによって全ての表示階調において表示画像のちらつきを防止するようにしている。

制御信号（画像パラメータ）に基づく伸張係数Ｃ１の決定方法としては、例えば、以下の式によって求めることができる。
Ｃ１＝２５５／ｍａｘ１
ただし、前記式中においてｍａｘ１は、時定数で設定された所定時間前の制御信号における最大値（入力階調での最大階調、すなわち、ＤＳＰ（１）８２で画像信号に基づいて制御信号（画像パラメータ）を単位時間毎に抽出し（ステップ１）、決定する際の、前記（ａ）で示した方法で求められた画像パラメータ）とする。

また、このような式による算出とは別に、例えば、図８に示すようなＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）を予め用意しておき、前記の時定数に基づく制御信号から伸張係数Ｃ１を求めるようにしてもよい。
なお、このような第１処理部３１は、後述するように、特に新たに入力する画素信号のうちの低階調側に対して、実際に伸張処理をなすようになっている。

また、第２処理部３２は、新たに入力した画像信号（入力階調）に対し、伸張係数を乗算するとともに、加算処理を組み合わせることにより、最大階調を２５５とする出力階調を算出するもので、特に入力階調のうちの高階調側に対して、実際に伸張処理をなすものである。すなわち、この第２処理部３２は、図７中破線Ｂで示すように、入力階調（ｘ）に対して伸張係数（図７中の破線Ｂの傾きとして表される）Ｃ２を乗算するとともに、得られた積に対して予め設定した定数ａ（図７中のｙ切片として表される）を加算する。

ここで、この第２処理部３２でも、第１処理部３１と同様、制御信号（画像パラメータ）に基づいて伸張制御パラメータとなる伸張係数と定数（ｙ切片）とを決定し、前述したようにこの得られた伸張係数を入力階調に対して乗算し、さらに定数を加算することで、出力階調を算出するようになっている。すなわち、図７中の破線Ｂの傾きとして表される前記伸張係数Ｃ２、及びこの破線Ｂのｙ切片ａを、制御信号（前記（ａ）で示した方法で求められた画像パラメータ）に基づいて決定するようになっているのである。なお、この第１の例では、第２処理部３２による伸張処理についても、第１処理部３１における時定数と同じ時定数を持つ制御信号に基づき、行うようになっている。つまり、時定数で設定された所定時間前の制御信号を用いることで、この伸張処理を画像信号の切り替わりとは一致させずに比較的低速度で行わせ、これによって特に高階調側での表示画像のちらつきを防止するようにしている。

制御信号（画像パラメータ）に基づく伸張係数Ｃ２及びｙ切片ａの決定方法としては、特に図８に示したようなＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）を予め用意しておき、前記の時定数に基づく制御信号から伸張係数Ｃ２及びｙ切片ａを求めることができる。また、ＬＵＴによる方法とは別に、予め設定した式によって算出するようにしてもよい。
ただし、これら伸張係数Ｃ２及びｙ切片ａからなる伸張制御パラメータについては、図７中破線Ｂに示すように、新たに入力した画像信号の最大階調ｍａｘｈが、伸張処理後、出力可能な最大階調（２５５）より低い階調となるように決定される。すなわち、図７中破線で示すように、入力階調での最大階調（ｍａｘ１）に対応する出力階調が、最大階調（２５５）より低い階調となるように決定される。

具体的には、特に伸張係数Ｃ２として、前記第１処理部３１での伸張係数Ｃ１より小さい値が選択される。すなわち、第１処理部３１での伸張係数Ｃ１は、例えば前述したように伸張処理後に出力可能な最大階調（２５５）を、画像パラメータ（所定時間前の制御信号における最大値；ｍａｘ１）で除した値、つまり以下に示す値となっている。
Ｃ１＝２５５／ｍａｘ１
これに対してＣ２は、伸張処理後に出力可能な最大階調を前記画像パラメータで除した値より小さくなるように決定するのが好ましい。例えば、画像パラメータを入力階調の最大値（ｌｕｍ）とし、伸張処理後に出力可能な最大階調を２５５とした場合に、
Ｃ２＜（２５５／ｌｕｍ）となる。

ここで、画像パラメータとしての入力階調の最大値（ｌｕｍ）は、本例ではＤＳＰ（１）８２で画像信号に基づいて制御信号（画像パラメータ）を単位時間毎に抽出し（ステップ１）、決定する際の、前記（ａ）で示した方法で求められた画像パラメータ（ｍａｘ１）に等しいことから、
Ｃ２＜（２５５／ｌｕｍ）＝２５５／ｍａｘ１＝Ｃ１、
すなわち、Ｃ２＜Ｃ１となるのである。
そして、このように伸張制御パラメータ（Ｃ２）を決定することで、新たに入力した画像信号を伸張処理した際、この新たに入力した画像信号が第２処理部３２に対応する破線Ｂの入力側最大階調（ｍａｘ２）より小さい階調数（例えばｍａｘｈ）であれば、これを伸張処理した後の出力階調は出力可能な最大階調より必ず低い階調（例えば２３０）となり、階調潰れが起こらなくなる。

同様に、伸張係数Ｃ２としては、前記調光処理による減光率の逆数より小さくなるように決定される。
例えば、調光処理による減光率（１／ｍ）を、（１／ｍ）＝（ｌｕｍ／２５５）とした場合に、その逆数であるｍは、ｍ＝（２５５／ｌｕｍ）となる（ただし、（ｌｕｍ）は入力階調の最大値であり、２５５は伸張処理後に出力可能な最大階調である）。
したがって、Ｃ２＜ｍ＝（２５５／ｌｕｍ）とすることにより、前述したように新たに入力した画像信号を伸張処理した際、この新たに入力した画像信号が第２処理部３２に対応する破線Ｂの入力側最大階調（ｍａｘ２）より小さい階調数（例えばｍａｘｈ）であれば、これを伸張処理した後の出力階調は出力可能な最大階調より必ず低い階調（例えば２３０）となり、階調潰れが起こらなくなる。

このように、第１処理部３１と第２処理部３２とでそれぞれ伸張処理を行ったら、すなわち、画像信号の入力階調に対し、図７中の実線Ａで示す伸張処理と破線Ｂで示す伸張処理とをそれぞれ行ったら、図６に示すようにそれぞれ伸張処理後に得られた出力階調を演算部３３に入力する。そして、この演算部３３にて、入力された出力階調のうちの階調数の低い方を選択し、伸張処理後の画像信号とする。つまり、図７に示した例では、第１処理部３１に対応する実線Ａと第２処理部３２に対応する破線Ｂとの交点（ｘ_０）より低階調側では、実線Ａ（Ａ_０）に基づく伸張処理が採用され、高階調側では、破線Ｂ（Ｂ_０）に基づく伸張処理が採用されるようになっている。

その後、この伸張処理後の画像信号は、前述したようにＤＡコンバータ８７により再びアナログ信号に変換された後、パネルドライバ８８に入力され、さらにこのパネルドライ
バ８８からＲパネル５１（赤色光用液晶ライトバルブ５２２）、Ｇパネル５２（緑色光用液晶ライトバルブ５２３）、Ｂパネル５３（青色光用液晶ライトバルブ５２４）のそれぞれに供給される。

次に、表示画像のシーンが暗いシーンから明るいシーンに切り替わった場合におけるＤＳＰ（３）８６の動作、すなわち前記第１の例の伸張処理の作用について説明する。なお、以下の説明において、ＤＳＰ（３）８６は、入力された画像信号の階調数を最大階調範囲（０〜２５５）にまで伸張するものとして説明する。
ＤＳＰ（３）８６における第１処理部３１は、基本的に従来と同様の伸張処理をなすものであり、画像信号を調光素子２６の動作と同期させて徐々に伸張する。このため、例えば図３に示した画像信号から図９に示すような画像信号に変わった場合、従来のごとくＤＳＰ（３）８６が第１処理部３１からのみ構成されていると、高階調側に白とび（階調潰れ）が生じてしまう。

すなわち、ＤＳＰ（３）８６（第１処理部３１）は、図３のヒストグラムにおいて示したような明るさを有する画像信号の階調数を１５０から２５５に伸張処理しているため、この状態で、図９のヒストグラムにおいて示したような明るさを有する画像信号が入力されると、このうち１５０を越える階調数が２５５を越えるように伸張処理されてしまうため、図１０に示すように階調潰れによる白とびが生じてしまう。ＤＳＰ（３）８６（第１処理部３１）は、設定された時定数に基づき、徐々に図９に示す画像信号の階調数０〜２００を図１１に示すように最大階調範囲０〜２５５（目標階調）まで伸張する。したがって、ＤＳＰ（３）８６（第１処理部３１）に入力された画像信号が目標階調まで伸張する間、表示画像に白とびが生じてしまうのである。

しかし、本実施形態に係る第１の例の伸張処理では、ＤＳＰ（３）８６における第２処理部３２が第１処理部３１と並行して伸張処理を行い、それぞれに得られた出力階調のうち、階調数の低い方が演算部３３によって正規な出力階調として決定され、伸張処理後の画像信号として採用される。このとき、第２処理部３２は、入力した画像信号の最大階調（ｍａｘｈ）が、伸張処理後、出力可能な最大階調（２５５）より低い階調となるようにその伸張制御パラメータが決定されている。

したがって、新たに入力した画像信号の階調数の最大階調（ｍａｘｈ）が、図７に示すように第１処理部３１に対応する実線Ａの入力側最大階調（ｍａｘ１）より大きくても、第２処理部３２に対応する破線Ｂの入力側最大階調（ｍａｘ２）より小さいことから、この第２処理部３２での破線Ｂによる伸張処理によって前述したように最大階調（２５５）より低い階調（例えば２３０）に出力され、したがって階調潰れによる白とびが生じなくなる。

すなわち、この第１の例では、実線Ａと破線Ｂとの交点（ｘ_０）より低階調側では前述したように実線Ａ（Ａ_０）に基づく伸張処理が採用され、高階調側では破線Ｂ（Ｂ_０）に基づく伸張処理が採用されるようになっているため、入力階調の全ての階調にわたって階調潰れを起こすことなく、しかも連続した状態に伸張処理を行うことができる。つまり、正規な伸張処理として採用される実線Ａ_０と破線Ｂ_０とが低階調側から高階調側にかけて交点（ｘ_０）を経て連続しているため、得られる表示画像には階調度が不自然に飛んでしまうようなことがなく、連続した自然な階調度として視認されるのである。

したがって、本例の画像表示装置及び画像表示方法にあっては、同一画面内において入力階調に応じて異なる伸張処理を行うので、例えば表示画像が暗い状態から明るい状態となった場合に、特に入力階調が高い側で弱い伸張処理（伸張係数が小さい伸張処理）を行い、得られた出力階調を採用して表示画像を調整することにより、階調潰れによる白とびを防止することができる。よって、本例の画像表示装置及び画像表示方法にあっては、例えばこれを適用したプロジェクタに対し、全体として表示画像の印象を変えることなく、白とびを防止することができる。

また、画像パラメータとして、例えばＤＳＰ（１）８２で画像信号に基づいて制御信号（画像パラメータ）を単位時間毎に抽出し（ステップ１）、決定する際の、前記（ｂ）で示した方法で求められた画像パラメータを採用した場合、前述したように従来では、階調潰れによる白とびを生じてしまうことがある。
しかしながら、本例の画像表示装置及び画像表示方法にあっては、特にＤＳＰ（３）８６が第２処理部３２を備えており、この第２処理部３２が、入力した画像信号の最大階調が伸張処理後、出力可能な最大階調より低い階調となるようにその伸張制御パラメータを決定し、伸張処理を行うので、前記のような高階調側での階調潰れによる白とびの発生が確実に防止される。

［伸張処理の第２の例］
次に、ＤＳＰ（３）８６（伸張処理手段）による伸張処理の第２の例を説明する。
図１２は、この第２の例の伸張処理を説明するためのグラフである。
この第２の例においてＤＳＰ（３）８６（伸張処理手段）は、第１の例と異なり、伸張処理をなす処理部が複数でなく一つからなっている。この処理部は、第１の例における第１処理部３１と同様、入力された画像信号における入力階調に対し、単純に伸張係数を乗算することで、最大階調を２５５とする出力階調を算出するものとなっている。つまり、図１２中実線Ｂで示すように、横軸に示す入力階調（ｘ）に対して伸張係数（図１２中の実線Ｂの傾きとして表される）Ｃ２を乗算することにより、例えば入力階調での最大階調（ｍａｘ１）が縦軸に示す出力階調（ｙ）での最大階調（２５５）より小さくなるように設定されている。すなわち、入力階調での最大階調（ｍａｘ１）に対応する出力階調が、最大階調（２５５）より低い階調となるように、Ｃ２は決定されているのである。
したがって、この第２の例における処理部は、前記第１の例における第１処理部３１の伸張係数Ｃ１より小さくなっており、図１２のグラフ上では、図１２中二点鎖線で示す直線Ａ（図７中の実線Ａと同じ直線）に比べ、傾きが小さいものとなって示される。
よって、例えば新たに入力した画像信号の階調数の最大階調（ｍａｘｈ）が、図１２に示すように二点鎖線Ａの入力側最大階調（ｍａｘ１）より大きくても、実線Ｂの入力側最大階調（ｍａｘ２）より小さいことから、この処理部での実線Ｂによる伸張処理によって前述したように最大階調（２５５）より低い階調（例えば２３０）に出力され、したがって階調潰れによる白とびが生じなくなる。
なお、この処理部による伸張処理も、予め設定された時定数を持つ制御信号に基づいて行うようになっている。

この処理部における伸張制御パラメータ（伸張係数Ｃ２）の決定方法としては、第１の例と同様、図８に示したようなＬＵＴ（ルック・アップ・テーブル）を予め用意しておき、制御信号（例えば、ＤＳＰ（１）８２で画像信号に基づいて制御信号（画像パラメータ）を単位時間毎に抽出し（ステップ１）、決定する際の、前記（ａ）で示した方法で求められた画像パラメータ）から伸張係数Ｃ２を求めることができる。
なお、伸張係数Ｃ２については、ＬＵＴによる方法とは別に、予め設定した式によって算出するようにしてもよい。

このような処理部で画像信号の入力階調に対して図１２中の実線Ｂで示す伸張処理を行うことで、出力階調、すなわち伸張処理後の画像信号が得られる。
その後、この伸張処理後の画像信号は、前述したようにＤＡコンバータ８７により再びアナログ信号に変換された後、パネルドライバ８８に入力され、さらにこのパネルドライバ８８から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のそれぞれに供給される。

次に、表示画像のシーンが暗いシーンから明るいシーンに切り替わった場合におけるＤＳＰ（３）８６の動作、すなわち前記第２の例の伸張処理の作用について説明する。なお、以下の説明において、ＤＳＰ（３）８６は、入力された画像信号の階調数を最大階調範囲（０〜２５５）にまで伸張するものとして説明する。
ＤＳＰ（３）８６における処理部は、基本的に従来と同様、乗算による伸張処理をなすものであり、画像信号を調光素子２６の動作と同期させて徐々に伸張する。ただし、図１２中二点鎖線で示す従来の場合に比べ、その伸張係数Ｃ２を小さくしていることから、新たに入力した画像信号の入力最大階調ｍａｘｈに対応する出力階調が、最大階調（２５５）より低い階調（例えば２３０）となるようになっている。

したがって、本例の画像表示装置及び画像表示方法にあっても、階調潰れによる白とびを防止することができる。よって、本例の画像表示装置及び画像表示方法にあっては、例えばこれを適用したプロジェクタに対し、全体として表示画像の印象を変えることなく、白とびを防止することができる。
また、第１の例に対し、ＤＳＰ（３）８６での処理を複数の処理でなく処理部のみでの単一の処理としたので、ＤＳＰ（３）８６での負荷を低減することができる。

また、画像パラメータとして、例えばＤＳＰ（１）８２で画像信号に基づいて制御信号（画像パラメータ）を単位時間毎に抽出し（ステップ１）、決定する際の、前記（ｂ）で示した方法で求められた画像パラメータを採用した場合、前述したように従来では、階調潰れによる白とびを生じてしまうことがある。
しかしながら、本例の画像表示装置及び画像表示方法にあっては、特にＤＳＰ（３）８６の処理部が、入力した画像信号の最大階調が伸張処理後、出力可能な最大階調より低い階調となるようにその伸張制御パラメータを決定し、伸張処理を行うので、前記のような高階調側での階調潰れによる白とびの発生が確実に防止される。

以上、本発明の画像表示装置及び画像表示方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されないことは言うまでもない。前述した実施形態で示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の要旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、前記の伸張処理の第１の例では、異なる伸張処理として二つの伸張処理を行うようにしたが、本発明はこれに限定されることなく、三つあるいはそれ以上の伸張処理を行うようにしてもよい。その場合に、例えば図７に示したような各伸張処理によってグラフ上で合成される伸張処理の線として、低階調側で傾きが小さく、中階調部で傾きが大きく、高階調側で再度傾きが小さくなるような、Ｓ字カーブ状となるように伸張係数を決定するのが好ましい。

また、前記実施形態では、調光手段として調光素子２６を用いたものを例示した。この調光素子２６は例えば、機械式のシャッター及び液晶シャッターなどが考えられる。
また、本発明の技術範囲はこのような調光手段に限定されず、例えば高圧水銀ランプやＬＥＤ（発光ダイオード）などの光源の出力強度を直接的に変化させる調光手段を用いたプロジェクタに対して本発明を適用することも可能である。

また、前記実施形態では、プロジェクタとして透過型の液晶装置を光変調手段として用いたものを例示したが、例えばＬＣＯＳ等の反射型のプロジェクタ、あるいは、ＭＥＭＳ技術に基づくミラー方式の空間光変調器を用いたプロジェクタに対して本発明を適用することもできる。

本発明に係るプロジェクタの概略構成図である。 本発明の画像表示装置に係るブロック図である。 画像信号の階調数分布を示したヒストグラムである。 画像信号の階調数分布を示したヒストグラムである。 表示画像を複数領域に分割した様子を示した図である。 伸張処理の第１の例を説明するためのブロック図である。 伸張処理の第１の例を説明するためのグラフである。 ルック・アップ・テーブルの一例をを示す図である。 画像信号の階調数分布を示したヒストグラムである。。 画像信号の階調特性を示した図である。 画像信号の階調特性を示した図である。 伸張処理の第２の例を説明するためのグラフである。

符号の説明

２６…調光素子、３１…第１処理部、３２…第２処理部、３３…演算部、
８２…ＤＳＰ（１）（画像パラメータ抽出手段）、
８３…ＤＳＰ（２）（調光制御手段）、
８６…ＤＳＰ（３）（伸張処理手段）、５１０……光源

Claims (9)

1. 照明光の調光処理と画像信号の階調数の伸張処理とによって表示画像が調整される画像表示装置であって、
   前記表示画像の明るさを特徴付ける画像パラメータを画像信号から単位時間毎に抽出する画像パラメータ抽出手段と、
   前記画像パラメータ抽出手段で抽出された画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を行わせる調光制御手段と、
   前記画像パラメータ抽出手段で抽出された画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う伸張処理手段とを備えてなり、
   前記伸張処理手段は、入力した画像信号の最大階調が伸張処理後、出力可能な最大階調より低い階調となるように前記伸張制御パラメータを決定し、伸張処理をなすものであることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記伸張制御パラメータを、少なくとも高階調側において、伸張処理後に出力可能な最大階調を前記画像パラメータで除した値より小さくなるように決定することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記伸張制御パラメータを、少なくとも高階調側において、前記調光処理による減光率の逆数より小さくなるように決定することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
4. 前記伸張処理は、乗算処理または乗算処理と加算処理との組み合わせによってなされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
5. 前記伸張処理は、ルック・アップ・テーブルに基づいてなされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
6. 前記伸張処理手段は、同一画面内において入力階調に応じて異なる伸張処理を行うことを特徴とする画像表示装置。
7. 前記伸張処理手段は、低階調側で伸張係数が大きく、高階調側で伸張係数が小さくなっていることを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
8. 前記の異なる伸張処理が、同じ時定数で制御されていることを特徴とする請求項６又は７記載の画像表示装置。
9. 照明光の調光処理と画像信号の階調数の伸張処理とによって表示画像が調整する画像表示方法であって、
   前記表示画像の明るさを特徴付ける画像パラメータを画像信号から単位時間毎に抽出する第１ステップと、
   前記第１ステップで抽出された画像パラメータに基づいて前記調光処理に係る調光制御パラメータを決定し、該調光制御パラメータに基づいて前記調光処理を行わせる第２ステップと、
   前記第１ステップで抽出された画像パラメータに基づいて前記伸張処理に係る伸張制御パラメータを決定し、該伸張制御パラメータに基づいて前記伸張処理を行う第３ステップとを備えてなり、
   前記第３ステップは、入力した画像信号の最大階調が伸張処理後、出力可能な最大階調より低い階調となるように前記伸張制御パラメータを決定し、伸張処理をなすことを特徴とする画像表示方法。
   

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