JP5325089B2 - 画像表示装置、それに用いる光源輝度決定回路、およびそれを搭載したｌｓｉ - Google Patents

Description

本発明は、入力された画像データを表示する画像表示装置に関し、特に、消費電力を削減するようにした画像表示装置に関する。

液晶のように自ら発光せずに、バックライトを使用する表示デバイスでは、バックライトの消費電力が表示デバイスの消費電力の大半を占めるケースが多い。この場合、バックライトの消費電力削減が表示デバイス全体の消費電力削減の鍵となる。

このため、暗い映像シーンではバックライトの光量を下げるといった処理を行うことで、表示デバイスの消費電力を下げる試みがなされている。単純にバックライトの光量を１／Ｎに低減させた場合、そのままでは画面の明るさも１／Ｎになってしまう。しかし、バックライトの光量を１／Ｎに低減させ、かつ、各画素の画素値を補正することで各液晶画素の透過率をＮ倍に増加させれば、最終的な画面の明るさを維持することが可能となる。
ただし、各液晶画素の透過率はその液晶素子で実現可能な最大透過率よりも大きな値にすることは出来ない。このため、Ｎの値には上限が存在する。画質の劣化が起こらない範囲でＮを最大にするためには、表示画像の中で一番明るい画素に対応した液晶画素の透過率がその液晶素子の最大透過率となるようにＮの値を調整するとよい。このように画面全体のバックライト輝度値を一括して制御する方法をグローバルディミングと言う。

グローバルディミングは画面の中に一カ所でも輝点があると、これにＮの値が引きずられてバックライト全体の輝度が上がってしまう。このため、映像の内容によっては電力削減効果が出にくい場合がある。

そこで近年では、画面を小さな領域に分割し、各領域と一対一に対応した光源を用意し、各光源の発光強度を独立に制御可能とすることで、領域毎にバックライトの輝度を制御するローカルディミングまたはエリア制御と呼ばれる方式が注目を浴びている。この方式では領域毎に、グローバルディミングと同様の方法でその領域の中の画素値に基づき、対応する光源の発光強度を決定する。これを画面内の全ての領域に対して行うことで、全光源の発光強度を決定する。これらの値を用いて、各光源を制御すると共に、グローバルディミングの場合と同様に入力画像の各画素値を補正することで、映像の品質をほとんど劣化させずに消費電力を削減することが可能となる。

このように、エリア制御ではバックライトを減光すると共に各画素の値を補正し、液晶素子の透過率を上げることで、表示輝度を維持する。一般に各画素の値と液晶透過率の関係はガンマ特性という液晶パネルに依存したべき乗特性となっている。すなわち、エリア制御では、バックライトの減光率に応じて、液晶素子の透過率を補正し、この透過率と液晶パネルのガンマ特性から最終的な画素値を決定することになる。このため、エリア制御を行う際には、パネルのガンマ特性は不変であることが望ましい。
しかし、実際の液晶パネルでは、視聴方向によってガンマ特性が変化することは避けられない。この場合、正面から見た場合のガンマ特性を基準に映像補正を行うと、斜め方向から見たときに違和感を憶えることがある。

特許文献１では、バックライト輝度の空間方向の変化量を制限することで、この問題を軽減する方法を提案しているが、これは、バックライトの減光率を減らすことになり、消費電力削減効果の低下に結びつく。
実際には、エリア制御適用後に斜めから見たときにも違和感を憶えない映像も多く存在するが、特許文献１では、このような映像に対しても、バックライトの減光率を減らす処理を行うことになり、消費電力削減の観点からは不利となる場合もある。

特許第４２８５５３２号公報

液晶表示装置では、画面の明るさは各座標におけるバックライトの明るさと、対応する位置にある液晶素子の透過率の積で算出される。エリア制御では、映像に応じてバックライトを構成する各光源の輝度を低下させることにより消費電力の低減を実現する。光源の輝度を低下させると、各座標におけるバックライト輝度が低下するが、対応する位置にある液晶素子の透過率を上げることで、同一の輝度を維持することが可能となる。一般的な液晶パネルでは、入力画素値と液晶素子の透過率の間には、次式の関係がある。
透過率 ＝ gamma（画素値） （式１）
ここで、y=gamma(x)はガンマ関数と呼ばれる関数で、べき乗関数に近い特性となっている。
これを用いて、エリア制御適用前のある座標の明るさを算出すると次式のようになる。ここで、ＢＬ輝度はバックライト輝度のことである。
画面の明るさ ＝ gamma(画素値) × BL輝度 （式２）
エリア制御適用後の画面の明るさ、画素値、BL輝度に「’」を付けて表すこととすると、エリア制御適用後の画面の明るさは次の式で表すことができる。
画面の明るさ’ ＝ gamma(画素値’) × BL輝度’ （式３）
ここで、エリア制御によって画面の明るさが変わらないように制御するには、（式２）と（式３）の右辺が等しくなる必要がある。式２の右辺＝式３の右辺 として式を変形していくと次式のようになる。
gamma(画素値’) ＝ BL輝度／BL輝度’ × gamma(画素値) （式４）
さらに式を簡略化するために、y=gamma(x)はべき乗特性であることを利用すると共に、その逆関数をx=igamma(y)と置くと、（式４）は次のように簡略化することが可能となる。
画素値’ ＝ １／igamma(BL輝度’／BL輝度) × 画素値 （式５）
このように、エリア制御前後のバックライト輝度比と、パネルのガンマ特性と、エリア制御前の画素値からエリア制御後の画素値を算出することができる。

しかし、実際の液晶パネルではガンマ特性に視野角依存性があり、画面を正面から見たときと、斜め方向から見たときでは（式５）のigamma(BL輝度’／BL輝度)の値が変化することになる。このため、正面から視聴する際にエリア制御前後の輝度が変化しないことを前提に画素値の補正を行った場合、斜めから見たときにはエリア制御前後の輝度が一致しないことになる。このずれの大きさは、igamma(x)のxの値すなわち、バックライト輝度の減光率によって変化することになる。画面内の位置によってバックライト輝度の減光率が異なると、画面内の位置によってずれの大きさが異なることになるため、正面からは正しく見える映像が斜めから見るとムラが生じているように見えることがある。

このムラは、画像が平坦な領域では目立ちやすいが、画像が複雑な領域では目立ちにくいという特徴がある。また、igamma(x)の視野角依存性はxの値が1に近づくほど小さくなる。すなわち、エリア制御前後のバックライト輝度比＝BL輝度’／BL輝度が１に近いほど視野角依存性が小さくなる。ただし、バックライト輝度比が１に近づくということはバックライトの減光率を１に近づけることになるため、消費電力削減効果も低下する。

本発明は、画像のこの特性を用いることにより、斜めから見たときのムラを解消するとともに、高い消費電力削減を可能とする画像表示装置を提供することを目的とする。

この目的を解決するために、本発明の画像表示装置は、入力された画像の画素値に応じて光の透過率を変更することが可能な透過率制御素子を二次元平面上に複数個配置した構造を持つ画像表示部と、画面の複数の領域に分割された各領域に対応して、独立に発光強度を制御可能な複数個の光源を備え、これらの光源によって生成された光が前記画像表示部の透過光となるように配置された光源ユニットと、入力画像に応じて前記光源ユニットを構成する各光源の発光輝度値を決定する光源輝度決定部と、前記光源輝度決定部によって決定された各光源の発光輝度値に応じて、前記光源ユニットを構成する各光源の発光輝度を制御する光源輝度制御部と、前記光源輝度決定部が決定する各光源の発光輝度値に応じて前記画像表示部に入力される画像の画素値を補正する画像補正部を備え、前記光源輝度決定部が発光輝度値を決定する際に、入力画像を前記の複数の光源に対応した複数の領域に分割し、各領域毎に含まれる画像の平坦さを表す指標である平坦度を算出し、前記平坦度が高く平坦な領域として判定された場合には、当該領域の平坦度が低く平坦な領域と判定されなかった場合よりも、当該領域に対応した光源の輝度を高い値に設定することを特徴とするものである。
また、本発明の画像表示装置において、前記光源輝度決定部は、分割した各領域毎に含まれる画像の平坦度を算出する平坦度算出回路を備えているものでよい。
また、本発明の画像表示装置において、前記平坦度算出回路は、入力画像に含まれる各画素の複数の色成分の中の、最大の色成分の画素値を用いて、平坦度を算出するものでよい。
また、本発明の画像表示装置において、前記平坦度算出回路は、入力画像に含まれる各画素の色成分毎に前記平坦度を算出し、全ての色成分において前記平坦度が高い領域を平坦な領域として判定することを特徴とするものでよい。
また、本発明の画像表示装置において、前記平坦度算出回路は、入力画素値のヒストグラムにおいて、第一の画素値と第一の画素値に定数を加算した第二の画素値によって定義される画素値範囲に含まれる画素数を算出し、第一の画素値を順次変化させた際に、前記の画素数が閾値を超える画素値範囲が存在した場合には、平坦度が高い平坦な領域と判定するものでよい。
また、本発明の画像表示装置において、前記平坦度算出回路は、平坦度信号として多値信号を出力し、当該平坦度信号に応じて光源輝度を多レベルで補正するものでよい。
また、本発明の画像表示装置において、さらに、視聴者の存在する方向を検知する視聴者方向検出部を有し、斜め方向に視聴者がいない場合には、前記の光源の輝度を高い値に設定することを行わないものでよい。
さらに、本発明の画像表示装置において、前記画像表示部は、液晶パネルでよい。

本発明の画像表示装置は、入力された画像の画素値に応じて光の透過率を変更することが可能な透過率制御素子を二次元平面上に複数個配置した構造を持つ画像表示部と、画面の複数の領域に分割された各領域に対応して、独立に発光強度を制御可能な複数個の光源を備え、これらの光源によって生成された光が前記画像表示部の透過光となるように配置された光源ユニットと、入力画像に応じて前記光源ユニットを構成する各光源の発光輝度値を決定する光源輝度決定部と、前記光源輝度決定部によって決定された各光源の発光輝度値に応じて、前記光源ユニットを構成する各光源の発光輝度を制御する光源輝度制御部と、前記光源輝度決定部が決定する各光源の発光輝度値に応じて前記画像表示部に入力される画像の画素値を補正する画像補正部を備え、視聴者の存在する方向を検知する視聴者方向検出部を有し、前記視聴者方向検出部の出力に基づいて前記光源の輝度を制御することを特徴とするものである。
また、本発明の画像表示装置において、前記視聴者方向検出部により、前記表示パネルの斜め方向に人間が存在することが検知された場合には、正面方向にのみ人間が存在する場合よりも、前記光源の輝度を高めに制御するものでよい。
また、本発明の画像表示装置において、前記視聴者方向検出部により、正面方向にのみ人間が存在することが検知された場合には、前記光源の輝度を低く制御するものでよい。
さらに、本発明の画像表示装置において、前記表示パネルは、液晶パネルでよい。

本発明の光源輝度決定回路は、入力された画像の画素値に応じて光の透過率を変更することが可能な透過率制御素子を二次元平面上に複数個配置した構造を持つ画像表示部、画面の複数の領域に分割された各領域に対応して、独立に発光強度を制御可能な複数個の光源を備え、これらの光源によって生成された光が前記画像表示部の透過光となるように配置された光源ユニット、各光源の発光輝度値に応じて、前記光源ユニットを構成する各光源の発光輝度を制御する光源輝度制御部、前記各光源の発光輝度値に応じて前記画像表示部に入力される画像の画素値を補正する画像補正部を備えた画像表示装置に用いられ、入力画像に応じて前記光源ユニットを構成する前記各光源の発光輝度値を決定する光源輝度決定回路であって、各領域毎にその領域に含まれる入力画像の全画素の最大値を求め、この最大値を基に補正前調光値を決定する調光値算出回路と、入力画像の画素値を用いて各領域の平坦度を算出する平坦度算出回路と、前記平坦度算出回路からの平坦度に基づいて、前記補正前調光値を補正して各領域の調光値を決定する調光値補正回路とからなり、決定された調光値を前記発光輝度値として出力することを特徴とするものである。
また、本発明の光源輝度決定回路において、前記調光値補正回路は、前記平坦度算出回路からの平坦度が高い場合には、光源の減光率を下げるように前記補正前調光値を補正するものでよい。
また、本発明の光源輝度決定回路において、さらに、入力画像の各画素毎に複数の色成分の最大値を求め、各画素の画素値として出力する最大値算出回路を備えているものでよい。
また、本発明の光源輝度決定回路において、前記平坦度算出回路が、各色成分毎に平坦度を算出し、各色成分の平坦度が全て平坦度が高い場合に、平坦な画像と判断するものでよい。
また、本発明の光源輝度決定回路において、前記平坦度算出回路が、画素値のヒストグラムにおいて、画素値毎に画素の個数を集計するヒストグラム集計回路と、特定の画素値の範囲に画素が集中しているか否かを画素値のグループ毎に判定する集中度判定回路と、少なくとも一つのグループにおいて画素が集中していると判定されるとその領域は平坦であると判断する集中度集約回路とから構成されているものでよい。
また、本発明の光源輝度決定回路において、前記調光値補正回路が、前記補正前調光値を調整して対応する光源の減光率を１に近づけた補正値を算出する補正値算出回路と、前記平坦度算出回路で算出した平坦度に基づいて、前記補正前調光値と前記補正値の一方を選択するセレクタから構成されているものでよい。
また、本発明の光源輝度決定回路において、斜め視聴信号の入力端子と、斜め方向から視聴している人がいる場合は平坦度算出回路の出力をそのまま伝送し、斜め方向から視聴している人がいない場合には平坦度算出回路の出力を平坦度が低いに固定する判定回路を備えているものでよい。

本発明のＬＳＩは、前記の光源輝度決定回路を搭載したＬＳＩである。

本発明は、画像の各領域毎に画像の平坦さを示す指標（平坦度）を算出し、平坦な領域では斜めから見たときのムラを軽減するために、近傍の光源輝度を高めに設定することでバックライト減光率を１に近づけ、平坦でない領域では、斜めから見たときのムラが知覚しにくいため、近傍の光源輝度の補正を行わず、消費電力削減効果を維持する。
これにより、消費電力削減効果の低下を抑えつつ、斜め方向から見たときの違和感を軽減することができる。

本発明の第一の実施例の画像表示装置を示す図。 調光値決定回路の構成例を示す図。 平坦度算出回路の構成例を示す図。 平坦度の低い領域のヒストグラムの例を示す図。 平坦度の高い領域のヒストグラムの例を示す図。 初期調光値補正回路の構成例を示す図。 本発明の第二の実施例における初期調光値補正回路を示す図。 本発明の第三の実施例における調光値決定回路を示す図。 本発明の第四の実施例における画像表示装置を示す図。 人感センサーを設けたテレビセットを正面から見た図。 人感センサーの検知範囲を示す図。 本発明の第四の実施例における調光値決定回路を示す図。 本発明の第五の実施例における調光値決定回路を示す図。

以下、図面を参照して本発明の画像表示装置の好ましい実施の形態を説明する。

本発明の第一の実施例を、図１を用いて説明する。この図において、液晶パネル２２は画像表示装置に該当し、バックライト１７は光源ユニットに該当する。そして、バックライト１７は、画面の複数の領域に分割された各領域に対応する、独立に発光強度を制御可能な複数個の光源を備え、これらの光源によって生成された光が前記液晶パネル２２の透過光になるように配置されている。

１２は表示対象となる入力画像、１０は入力画像１２のタイミング情報を示す信号であり、ドットクロックや同期信号に相当する。タイミング生成回路１１はタイミング信号１０に従って、クロックやアドレス、トリガ信号などの各種のタイミング信号を生成し、他の回路へ供給する。これらのタイミング信号は、図が煩雑になるのを避けるため、記述を省略しているが、基本的には他の全ての回路へ供給されている。

入力画像１２は、まず調光値決定回路１３へ入力される。この回路は、入力画像を解析し、バックライト１７を構成する各光源の発光量を決定する回路である。決定された各光源の輝度は調光値９０として、調光値記憶回路１４へ送られ、調光値記憶回路１４内部へ格納される。格納された調光値は、タイミング生成回路１１から指定されたタイミングに従って、バックライト駆動回路１６へ送られる。バックライト駆動回路１６は、入力された調光値に従ってバックライト１７を構成する各光源をパルス幅変調することにより、各領域の発光輝度を制御する。

バックライト輝度分布予測回路１９は、調光値記憶回路１４から送られてくる調光値から、各調光値に従ってバックライトの各光源を調光制御したときのバックライト１７の輝度分布を予測する。画像補正回路２０は予測されたバックライト輝度分布を用いて（式５）により、画像を構成する各画素の表示輝度が、全てのバックライト光源を最大輝度で点灯させた時とほぼ同じ明るさになるように各画素の画素値を補正する。この補正には、液晶パネルを正面から見たときのガンマ特性を使用する。補正された各画素値は液晶パネル駆動回路２１へ送られ、液晶パネル２２へ表示される。このような構成とすることで、バックライトを構成する各光源の発光輝度を低減させた場合であっても、実際の画像の表示輝度をバックライトの発光輝度を低減させない場合とほぼ同等にすることが可能となる。この場合、バックライトの減光量に応じた分だけ、バックライトの消費電力を削減することが可能となる。

なお、調光値決定回路には、後述する平坦度算出回路３０が含まれている。また、この実施例において、調光値決定回路１３および調光値記憶回路１４が、光源輝度決定回路に該当している。

次に、調光値決定回路１３の構成例を、図２を用いて説明する。本実施例では入力された画像信号１２は、ＲＧＢの３つの成分から構成されているものとする。この３つの成分は最大値算出回路４０へ入力され、３つの成分の中の最大値が最大成分５０として出力される。初期調光値算出回路４１は、各エリア毎に最大成分５０の値をもとに補正前初期調光値５１を決定する。補正前初期調光値５１の決定方法にはいろいろあるが、ここでは簡単のため、各エリア毎にそのエリアに含まれる全画素の最大成分５０の最大値を求め、この最大値をインデックスとしてテーブル参照することで補正前初期調光値５１を決定するものとする。

最大成分５０は平坦度算出回路３０へも入力される。平坦度算出回路は、入力された最大成分５０を用いて各エリアの平坦度５３を算出する回路である。ここで、平坦度とはその領域における空間方向の画素値の変化を示す値であり、ベタ画像のように画素値がほとんど変化しない平坦な領域では平坦度が高く、格子状のパターンのように画素値の変動が大きい領域では平坦度が低いと定義する。平坦度の具体的な算出方法については後述する。

初期調光値補正回路４２では、入力された補正前初期調光値５１に対して平坦度５３を用いて補正を行う。この補正は斜めから見たときのムラを軽減するためのものである。初期調光値補正回路４２の詳細については後述する。補正後の調光値は補正後初期調光値５２として、次段の調光値調整回路４３へ送られる。

調光値調整回路４３は、補正後初期調光値５２に対して空間および時間方向にフィルタ処理を施すことで、エリア間の輝度段差や動画表示時のパタ付き等を軽減するものである。この処理の詳細内容は、本発明に関連しないため、ここでは詳細説明を省略する。調光値調整回路４３は、最終調整値９０を調整値記憶回路１４へ出力する。

図３は平坦度算出回路３０の構成例を示した図である。ここでは、最大値算出回路４０から送られてきた最大成分５０について、エリア毎に画素値のヒストグラムを作成する。作成されるヒストグラムの一例を図４に示す。この例では、入力画像１２の各成分の画素値が０〜２５５で表される場合を想定しており、各成分の最大値５０の値も０〜２５５の範囲に収まることになる。この０〜２５５の値を互いにオーバーラップしない３２個のステップに分割する。ステップ０は最大値５０が０から７、ステップ１は８から１５というように８個ずつを１つのステップにまとめることで、３２個のステップに分割することができる。

ヒストグラム集計回路３１では、エリア毎にそれぞれのステップに入る画素の個数を集計する。これを図示したものの一例が図４のヒストグラムとなる。このグラフにおいて横軸は画素値であり、縦軸は各ステップに含まれる画素数である。図４の例では、ステップ０から３１の範囲に画素が広がっている。すなわち、該当エリアは、さまざまな輝度の点から構成されており、このエリアの平坦度は低いと言うことができる。

別のエリアのヒストグラムの例を図５に示す。この例では、画素の大半がステップ４からステップ７の範囲へ集中しており、エリア内での輝度変化は小さいため、このエリアの平坦度は高いといえる。本実施例では同様の考え方によってエリアの平坦度を算出する。ここでは、ヒストグラムの３２個のステップの中から連続した４個をグループ化して、各エリア毎にそのグループ内に含まれる画素数と、そのエリア内の全画素数の比を算出する。この値が１に近いほど、そのエリア内の画素はそのグループの輝度範囲内に集中していることになる。これを式に表すと（式６）のようになる。
集中度 ＝ そのグループ内に含まれる画素数／エリア内の全画素数 （式６）
集中度判定回路３２では（式６）に基づいて各グループの集中度を算出し、この値があらかじめ定義した閾値を超えた場合に、そのエリアの画素は当該グループに集中していると判定する。

この例では、各グループは４つの連続したステップから構成され、開始ステップ番号を１ずつずらしながら定義される２９個のグループが存在する。図３に示すように、この各グループに一対一対応する形で、集中度判定回路３２が用意されている。それぞれの集中度判定回路３２の出力は集中度集約回路３３へ入力される。

集中度集約回路３３では、２９個の集中度判定回路３２の出力の中に、一つでも集中していると判定されたグループがあれば、そのエリアは平坦であると判断し、平坦度信号５３としてそのエリアが平坦であることを意味する値を出力する。この実施例では、平坦度信号５３は１ビットの信号とし、Ｈ（平坦度：高）がそのエリアが平坦であることを意味し、Ｌ（平坦度：低）が平坦でないことを意味するものとしている。

このようにして算出された平坦度信号５３は初期調光値補正回路４２へ送られる。初期調光値補正回路４２の構成例を図６に示す。この図において補正値算出回路６１は、補正前初期調光値５１を調整して対応光源の減光率を１に近づけた補正値６５を算出する回路である。この補正値６５の算出方法の例を以下の（１）（２）に示す。ただし、これらは一例であり、算出方法はこれに限定されるものではない。これらの例において、補正前初期調光値５１は０〜２５５の範囲であり、０は光源を完全消灯、２５５は光源を１００％の輝度で点灯させることを意味するものとする。
（１）減光率を定数倍する
各光源の減光率は、最大調光値である２５５から補正前初期調光値を減算することで算出される。この減光率に補正係数αを乗じることで、光源の減光量を減らすことが可能となる。補正値６５を式を用いて表すと次式のようになる。ここで補正係数αは０〜１の範囲の定数である。
補正値＝２５５−（２５５−補正前初期調光値）×補正係数α （式７）
（２）減光率の上限を設ける
各光源の減光率の上限を設けることは、調光値の下限を設けることと等価となる。このため、次式を用いることで、各光源の減光率の上限を設けることが可能となる。この式においてｍａｘ（ａ，ｂ）はａとｂのうちの大きい方の数を返す関数であり、下限調光値βは０〜２５５の間の定数である。
補正値＝ｍａｘ（補正前初期調光値、下限調光値β） （式８）
（１）（２）ともに、補正値６５は、補正前初期調光値５１よりも大きいか等しい値となる。すなわち、補正値６５を用いると、補正前初期調光値５１を用いた場合よりも対応する光源が明るく光るもしくは同じ明るさで光ることになる。

初期調光値補正回路４２の中のセレクタ６２では、エリア毎に平坦度信号５３に応じて補正前初期調光値５１と補正値６５のうちの一方を選択し、補正後初期調光値５２として出力する。すなわち、平坦度信号５３により当該エリアが平坦であることが通知された場合は、補正値６５を、それ以外の場合は補正前初期調光値５１を補正後初期調光値５２として出力する。この結果、平坦なエリアのみ対応する光源の減光率を下げることができ、違和感を感じやすい領域に対して、斜めから見たときの違和感を軽減することが可能となる。この減光率変更処理は平坦な領域を含まない映像には作用しないため、このような映像では消費電力削減効果は低下しない。

なお、本実施例では図１の枠線２で囲まれた範囲を、エリア制御ＬＳＩとして単一のＬＳＩに搭載することを想定している。ただし、ＬＳＩに搭載する範囲はこれに限定されるものではない。例えば液晶パネル駆動回路２１を前記のＬＳＩの中に取り込むことも可能である。また、枠線２で囲まれた範囲を複数のＬＳＩで実現しても良い。

実施例１では、平坦度信号５３をＨ，Ｌの二値信号として扱ったが、これを多値信号とすることで、より細やかな制御が可能となる。その実施例をここで説明する。図３の集中度判定回路３２では、閾値を１つとしていたが、値の異なる閾値を３個用意しておき、各エリアの集中度がどの閾値を超えたかを、集中度判定回路３２の出力とすることで、集中度判定回路３２は４通りの出力を持つことになる。ここでは、３つの閾値を小さい方から、閾値Ａ、閾値Ｂ、閾値Ｃとし、集中度が閾値Ａよりも小さい場合は０、閾値Ａ以上かつ閾値Ｂよりも小さい場合は１、閾値Ｂ以上かつ閾値Ｃよりも小さい場合は２、閾値Ｃ以上の場合は３、と集中度判定回路３２の出力値を定義する。

この０から３の範囲の整数で表される集中度を２ビットの信号で集中度集約回路３３へ伝送する。集中度集約回路３３の処理方法はいくつか考えられるが、ここでは例として、各グループの集中度判定回路３２の出力値の中の一番大きな値を、平坦度信号５３として出力することとする。この平坦度信号５３が初期調光値補正回路４２へ送られることになる。

本実施例における初期調光値補正回路４２の構成を図７に示す。この図において補正値算出回路６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、実施例１の補正値算出回路６１と同じ構造をしているが、それぞれの回路には異なる補正係数αまたは下限調光値βが適用されている。このため、各回路の出力６５ａ、６５ｂ、６５ｃも異なる値となっている。これらの出力信号は、セレクタ６２に接続されており、２ビットの平坦度信号の値に応じてセレクタ６２の４つの入力の内の一つが補正後初期調光値５２として出力されることになる。

このように平坦度の判定を細かくすることで、よりきめ細やかな制御が可能となるため、消費電力低減効果をより高めることが可能となる。

実施例１、２の構成では、領域内で画素の色調のみが変化する場合に、平坦な領域として誤認識されてしまう場合がある。例えば、映像の画素がＲＧＢの３つの成分から構成され、これらの３成分の最大値がエリア内で一定の範囲に収まっていれば、ＲＧＢの各成分の変動幅が大きくても平坦な領域として認識されることになる。

これを防ぐには、ＲＧＢの成分毎に平坦度を算出し、それらの値から各エリアの平坦度を算出する方法が考えられる。これを、図８を用いて説明する。この構成では、ＲＧＢの各成分に対応する形で、平坦度算出回路３０ａ、３０ｂ、３０ｃが用意されている。これらの回路の構成は、実施例１の平坦度算出回路３０と同じである。平坦度統合回路４４は、これら３つの平坦度算出回路から送られてきた各成分の平坦度から、そのエリアの総合的な平坦度を算出する。各成分の平坦度がＨ（平坦度：高）、Ｌ（平坦度：低）の二値で表される場合は、３つの成分の平坦度が全てＨの場合だけ、平坦な映像として判断する。このような処理を行うことで、色調のみが変化する場合にも平坦な領域として認識されることを防ぐことが可能となる。

実施例１から３では、視聴者がどの方向から見ているかという情報を使用せずに違和感を軽減する方式について説明した。視聴者が見ている方向を情報として得ることができれば、より効果の高い対策が可能となる。これを図９から図１１を用いて説明する。

本実施例では、視聴者の位置を検出するために、図１０のように人感センサー８０〜８３を液晶テレビ１の前面に配置する、これらのセンサーは視聴者の位置を検出できれば、必ずしもテレビ１の前面に配置する必要はない。テレビ１の側面や、テレビ１の筐体の外部に配置することも可能である。人感センサーの実現方法としては、赤外線センサーを用いた熱源関知、ＴＶカメラなどいろいろな方法を利用することが可能である。また、ここでは４つの人感センサーを使用しているが、指向性を動的に変更する等の手段を講じれば単一のセンサーを使用することも可能である。

本実施例では４つの人感センサー８０〜８３は、図１１の範囲Ａ〜Ｄに対応している。図１１は液晶テレビを上から見た図であり、正面視聴を中心に視聴方向を４つの範囲に分割して捉えている。範囲Ａに視聴者がいる場合にはセンサー８０が検知し、範囲Ｂに視聴者がいる場合にはセンサー８１が検知するといったように範囲とセンサーが一対一に対応する。ここでは、範囲の数は４つとしているが、他の個数でも構わない。

人感センサー８０〜８３の出力は図９の視聴者存在範囲検出回路８５へ入力される。視聴者存在範囲検出回路８５は、人感センサー８０または８３により範囲Ａまたは範囲Ｄに人間がいると判断された場合には、斜め視聴信号８６を用いて、斜め方向から視聴している人がいるという情報を調光値決定回路１３０へ通知する。斜め方向である範囲Ａと範囲Ｄに人間がいない判断された場合には、斜め視聴信号８６により斜めから見ている人間がいないという情報を調光値決定回路１３へ通知する。

調光値決定回路１３の構成を図１２に示す。斜め視聴信号８６により斜め方向から見ている人がいるという情報が通知されている場合には、平坦度算出回路３０の出力５３を判定回路４８の出力である５３ａとしてそのまま伝送する。一方、斜め方向から見ている人がいないという情報が通知されている場合は、信号５３ａをＬ（平坦度：低）に固定する。この場合は、初期調光値補正回路４２では補正が行われず信号５１の値がそのまま信号５２に伝送されることになる。

このような構成をとることで、視聴者のいる位置に応じた初期調光値の補正が可能となる。すなわち、視聴者が正面方向にしかいない場合には、斜めから見たときの違和感を軽減するための光源輝度の強化を行わないことで、より消費電力を削減することが可能となる。

実施例４から平坦度の判定処理を取り除いて回路構成を簡略化することも可能である。これを図１３を用いて説明する。この例では判定回路４８へ入力されていた平坦度５３を、Ｈ（平坦度：高）に固定している。このため、斜め視聴信号８６により斜め方向から見ている人がいることが通知されている場合には、信号５３ａはＨ（平坦度：高）に固定される。この結果、実際の映像の平坦度に関わらず、初期調光値補正回路４２で、全ての光源の初期調光値の補正が行われる。

一方、斜め方向から見ている人がいないことが通知されている場合は、信号５３ａはＬ（平坦度：低）に固定される。この結果、実際の映像の平坦度に関わらず、初期調光値補正回路４２では常に補正処理が行われないことになる。

このような構成をとることで、視聴者のいる位置に応じた初期調光値の補正が可能となる。すなわち、視聴者が正面方向にしかいないためには、斜めから見たときの違和感を軽減するための光源輝度の強化を行わないことで、より消費電力を削減することが可能となる。

実施例４、５では、静止画を表示している場合であっても、視聴者が動くことによって各光源の輝度が変化することになる。この光源の輝度の変化が急であると、違和感を憶える可能性がある。このような場合は調光値調整回路４３内部の時間方向のフィルタ処理を調整することで対応可能である。

本発明は、例えば液晶表示装置のようなバックライトを用いた画像データを表示する画像表示システムに使用することができ、消費電力の削減を行うことができる。

１：テレビセット、２：ＬＳＩ、１０：タイミング信号、１１：タイミング生成回路、１２：入力画像、１３：調光値決定回路、１４：調光値記憶回路、１６：バックライト駆動回路、１７：バックライト、１９：バックライト輝度予測回路、２０：画像補正回路、２１：液晶パネル駆動回路、２２：液晶パネル、３０：平坦度算出回路、３１：ヒストグラム集計回路、３２：集中度判定回路、３３：集中度集約回路、４０：最大値算出回路、４１：初期調光値算出回路、４２：初期調光値補正回路、４３：調光値調整回路、４４：平坦度結合回路、４８：判定回路、５０：最大成分、５１：補正前初期調光値、５２：補正後初期調光値、５３：平坦度、６１：補正値算出回路、６２：セレクタ、６５：補正値、８０〜８３：人感センサー、８５：視聴者存在範囲検出回路、８６：斜め視聴信号、９０：最終調光値、９１：過去の調光値。

Claims (15)

1. 入力された画像の画素値に応じて光の透過率を変更することが可能な透過率制御素子を二次元平面上に複数個配置した構造を持つ画像表示部と、
   画面の複数の領域に分割された各領域に対応して、独立に発光強度を制御可能な複数個の光源を備え、これらの光源によって生成された光が前記画像表示部の透過光となるように配置された光源ユニットと、
   入力画像に応じて前記光源ユニットを構成する各光源の発光輝度値を決定する光源輝度決定部と、
   前記光源輝度決定部によって決定された各光源の発光輝度値に応じて、前記光源ユニットを構成する各光源の発光輝度を制御する光源輝度制御部と、
   前記光源輝度決定部が決定する各光源の発光輝度値に応じて前記画像表示部に入力される画像の画素値を補正する画像補正部を備え、
   前記光源輝度決定部が発光輝度値を決定する際に、入力画像を前記の複数の光源に対応した複数の領域に分割し、各領域毎に含まれる画像の平坦さを表す指標である平坦度を算出し、前記平坦度が高く平坦な領域として判定された場合には、当該領域の平坦度が低く平坦な領域と判定されなかった場合よりも、当該領域に対応した光源の輝度を高い値に設定することを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１記載の画像表示装置において、
   前記光源輝度決定部は、分割した各領域毎に含まれる画像の平坦度を算出する平坦度算出回路を備えていることを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項２記載の画像表示装置において、
   前記平坦度算出回路は、入力画像に含まれる各画素の複数の色成分の中の、最大の色成分の画素値を用いて、平坦度を算出することを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項２記載の画像表示装置において、
   前記平坦度算出回路は、入力画像に含まれる各画素の色成分毎に前記平坦度を算出し、全ての色成分において前記平坦度が高い領域を平坦な領域として判定することを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載の画像表示装置において、
   前記平坦度算出回路は、入力画素値のヒストグラムにおいて、第一の画素値と第一の画素値に定数を加算した第二の画素値によって定義される画素値範囲に含まれる画素数を算出し、第一の画素値を順次変化させた際に、前記の画素数が閾値を超える画素値範囲が存在した場合には、平坦度が高い平坦な領域と判定することを特徴とする映像表示装置。
6. 請求項２記載の画像表示装置において、
   前記平坦度算出回路は、平坦度信号として多値信号を出力し、当該平坦度信号に応じて光源輝度を多レベルで補正することを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項１記載の画像表示装置において、
   さらに、視聴者の存在する方向を検知する視聴者方向検出部を有し、斜め方向に視聴者がいない場合には、前記の光源の輝度を高い値に設定することを行わないことを特徴とした映像表示装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一つに記載の画像表示装置において、
   前記画像表示部が、液晶パネルであることを特徴とする画像表示装置。
9. 入力された画像の画素値に応じて光の透過率を変更することが可能な透過率制御素子を二次元平面上に複数個配置した構造を持つ画像表示部、画面の複数の領域に分割された各領域に対応して、独立に発光強度を制御可能な複数個の光源を備え、これらの光源によって生成された光が前記画像表示部の透過光となるように配置された光源ユニット、各光源の発光輝度値に応じて、前記光源ユニットを構成する各光源の発光輝度を制御する光源輝度制御部、前記各光源の発光輝度値に応じて前記画像表示部に入力される画像の画素値を補正する画像補正部を備えた画像表示装置に用いられ、入力画像に応じて前記光源ユニットを構成する前記各光源の発光輝度値を決定する光源輝度決定回路であって、
   各領域毎にその領域に含まれる入力画像の全画素の最大値を求め、この最大値を基に補正前調光値を決定する調光値算出回路と、
   入力画像の画素値を用いて各領域の平坦度を算出する平坦度算出回路と、
   前記平坦度算出回路からの平坦度に基づいて、前記補正前調光値を補正して各領域の調光値を決定する調光値補正回路とからなり、
   前記調光値補正回路は、前記平坦度算出回路からの平坦度が高い場合には、光源の減光率を下げるように前記補正前調光値を補正し、
   決定された調光値を前記発光輝度値として出力することを特徴とする光源輝度決定回路。
10. 請求項９記載の光源輝度決定回路において、
    さらに、入力画像の各画素毎に複数の色成分の最大値を求め、各画素の画素値として出力する最大値算出回路を備えていることを特徴とする光源輝度決定回路。
11. 請求項９記載の光源輝度決定回路において、
    前記平坦度算出回路が、各色成分毎に平坦度を算出し、各色成分の平坦度が全て平坦度が高い場合に、平坦な画像と判断することを特徴とする光源輝度決定回路。
12. 請求項９記載の光源輝度決定回路において、
    前記平坦度算出回路が、
    画素値のヒストグラムにおいて、画素値毎に画素の個数を集計するヒストグラム集計回路と、
    特定の画素値の範囲に画素が集中しているか否かを画素値のグループ毎に判定する集中度判定回路と、
    少なくとも一つのグループにおいて画素が集中していると判定されるとその領域は平坦であると判断する集中度集約回路とから構成されていることを特徴とする光源輝度決定回路。
13. 請求項９記載の光源輝度決定回路において、
    前記調光値補正回路が、
    前記補正前調光値を調整して補正前調光値よりも最大調光値に近づけた補正値を算出する補正値算出回路と、
    前記平坦度算出回路で算出した平坦度に基づいて、前記補正前調光値と前記補正値の一方を選択するセレクタから構成されていることを特徴とする光源輝度決定回路。
14. 請求項９記載の光源輝度決定回路において、
    斜め視聴信号の入力端子と、
    斜め方向から視聴している人がいる場合は平坦度算出回路の出力をそのまま伝送し、斜め方向から視聴している人がいない場合には平坦度算出回路の出力を平坦度が低いに固定する判定回路を備えていることを特徴とする光源輝度決定回路。
15. 請求項９乃至請求項１４のいずれか一つに記載の光源輝度決定回路を搭載したＬＳＩ。

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