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JP6174032B2 - 画像表示装置、画像表示装置の制御方法、制御プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

画像表示装置、画像表示装置の制御方法、制御プログラムおよび記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、バックライトの輝度を制御する機能(バックライト調光機能)を有する画像表示装置、画像表示装置の制御方法、制御プログラムおよび記録媒体に関するものである。
液晶表示装置など、バックライトを備えた画像表示装置では、入力画像に基づきバックライトの輝度を制御することにより、バックライトの消費電力を抑制したり、表示画像の画質を改善したりすることができる。特に、画面を複数のエリアに分割し、エリア内の入力画像に基づき、当該エリアに対応したバックライト光源の輝度を制御することにより、さらなる低消費電力化と高画質化が可能となる。以下、このようにエリア内の入力画像に基づきバックライト光源の輝度を制御しながら、表示パネルを駆動する方法を「エリアアクティブ駆動」と称する。
エリアアクティブ駆動を行う画像表示装置では、バックライト光源として、例えば、RGB3色のLED(Light Emitting Diode)または白色LED等が使用される。各エリアに対応したLEDの輝度(発光時の輝度)は、当該各エリア内の画素の輝度の最大値または平均値などに基づいて求められ、LEDデータとしてバックライト用の駆動回路に与えられる。また、そのLEDデータと入力画像とに基づいて表示用データ(液晶表示装置であれば、液晶の光透過率を制御するためのデータ)が生成され、当該表示用データは表示パネル用の駆動回路に与えられる。画面上における各画素の輝度は、液晶表示装置の場合には、バックライトからの光の輝度と表示用データに基づく光透過率との積となる。
ところで、或るエリアのLEDから出射された光は、当該エリアを照射するだけではなく、周囲のエリアも照射する。換言すると、或るエリアには、当該エリアのLEDから出射された光だけではなく、周囲のエリアのLEDから出射された光も照射される。そのため、各エリアに表示される輝度は、各LEDから出射される光の拡散(広がり)を考慮して算出されなければならない。
そのため、従来、実際の輝度分布を実測して、補正テーブルを生成し、表示用データを補正することにより、出力画像の破綻を回避する手法がある。例えば、特許文献1には、エリアごとに、入力画像と、LEDデータから拡散を考慮して補正した表示輝度とに基づいて表示素子の光透過率を算出することが記載されている。また、特許文献2には、エリアアクティブ駆動において、隣接するエリアの輝度の不均一を解消するために、入力画像を補正して光透過率を算出することが記載されている。
日本国公開特許公報「特開2009−192963号公報」 日本国公開特許公報「特開2010−256912号公報」
しかしながら、上述のような従来技術において、実際に測定することにより得られる実測輝度分布を完全に数値化することは困難である。そのため、補正後の表示輝度と、実測輝度との不一致が生じ、適切な光透過率を算出することが出来ない場合がある。それゆえ、出力画像に破綻が生じることがある。
具体的に図17〜23に基づいて従来技術の問題点を説明する。
図17に示す入力画像61が入力された場合、従来技術では、図18に示すLEDデータを生成する。なお、図17において、点Aは白丸の中心点であり、点Bは入力画像61の右端点であり、点CはA−B線上の白丸(80%)と背景(20%)との境界点であり、点DはA−B線上のバックライト制御エリアの境界点である。
このとき、入力画像61と図18に示すLEDデータとに基づいて、入力画像からLEDデータを除算して求めた液晶透過率を図19に示す。ところが、上述のように、この図18に示すLEDデータに基づいてLEDを駆動した場合、実際には、図21に示すような輝度分布となる。そのため、この場合、出力画像の輝度分布は図20に示すように、D点付近において、映像の破綻が生じる。
そこで、上述の従来技術は、図21に示す実際の輝度分布を実測して、補正テーブルを生成し、補正テーブルで液晶透過率を補正して、出力画像の輝度分布の破綻を回避するものである。このときの液晶透過率を図22に示す。しかしながら、図21に示す輝度分布を完全に数値化することは困難である。そのため、液晶透過率を適切に補正することができず、出力画像の輝度分布が図23に示すように破綻する場合がある。特に、従来技術では、各エリアのLEDデータおよび液晶透過率を独立して制御しているため、図23に示すようにC−D間にHaloが生じる等、表示映像の破綻が局所的に生じることがある。
また、この問題を回避するために実測輝度分布を高精度に再現する場合、計算処理を実行する回路規模が増大し、コストが増大するという問題が生じる。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、局所的な表示映像の破綻を抑制する画像表示装置、画像表示装置の制御方法、制御プログラムおよび記録媒体を実現することにある。
本発明に係る画像表示装置は、上記課題を解決するために、表示パネルの1辺または2辺に沿って複数の光源が配列された画像表示装置であって、入力画像の値の分布を近似した近似曲線であって、変化量が所定値以下の近似曲線を生成する近似曲線生成手段と、上記近似曲線生成手段が生成した近似曲線に基づいて、上記複数の光源の出力を制御するための光源データを算出する光源データ算出手段と、上記入力画像および上記近似曲線生成手段が生成した近似曲線に基づいて、上記表示パネルの光透過率を制御するための光透過率を算出する光透過率算出手段と、上記光源データ算出手段が算出した光源データに基づいて、上記複数の光源を駆動する光源駆動手段と、上記光透過率算出手段が算出した光透過率に基づいて、上記表示パネルを駆動する表示パネル駆動手段とを備えることを特徴としている。
また、本発明に係る画像表示装置の制御方法は、上記課題を解決するために、表示パネルの1辺または2辺に沿って複数の光源が配列された画像表示装置の制御方法であって、入力画像の値の分布を近似した近似曲線であって、変化量が所定値以下の近似曲線を生成する近似曲線生成ステップと、上記近似曲線生成ステップにおいて生成された近似曲線に基づいて、上記複数の光源の出力を制御するための光源データを算出する光源データ算出ステップと、上記入力画像および上記近似曲線生成ステップにおいて生成された近似曲線に基づいて、上記表示パネルの光透過率を制御するための光透過率を算出する光透過率算出ステップと、上記光源データ算出ステップにおいて算出された光源データに基づいて、上記複数の光源を駆動する光源駆動ステップと、上記光透過率算出ステップにおいて算出された光透過率に基づいて、上記表示パネルを駆動する表示パネル駆動ステップとを含むことを特徴としている。
上記の構成によれば、上記光源データ算出手段は、上記入力画像の値(画素値または絵素値)の分布を近似した近似曲線であって、変化量が所定値以下の近似曲線に基づいて、光源データを算出する。また、上記光透過率算出手段は、同じ近似曲線に基づいて、光透過率を算出する。互いに隣接する光源との変化量が所定値以下であるため、光源データの示す輝度分布と、当該光源データに基づいて上記複数の光源を駆動したときの実際の輝度分布とが局所的に大きく異なることを防ぐことができる。よって、従来に比べて、局所的に発生する表示映像の破綻を防ぐことができるという効果を奏する。
また、本発明に係る画像表示装置は、上記入力画像を複数のエリアに分割し、各エリアの輝度の大きさを示す評価値をそれぞれ特定し、各エリアの評価値を順に並べた評価値列を生成する画像評価手段をさらに備え、上記近似曲線生成手段は、上記評価値列を近似して上記近似曲線を生成することが好ましい。
また、本発明に係る画像表示装置は、上記画像評価手段は、上記エリアに含まれる画素値または絵素値の最大値を、当該エリアの評価値として特定することが好ましい。
また、本発明に係る画像表示装置は、上記画像評価手段は、上記エリアに含まれる画素値または絵素値の平均値を、当該エリアの評価値として特定することが好ましい。
また、本発明に係る画像表示装置は、上記画像評価手段は、上記エリアに含まれる画素値または絵素値のヒストグラムを取り、最も個数の多い画素値または絵素値を、当該エリアの評価値として特定することが好ましい。
また、本発明に係る画像表示装置は、上記近似曲線生成手段は、上記評価値列からBスプライン曲線を生成することが好ましい。
また、本発明に係る画像表示装置は、上記光透過率算出手段は、下記の式に基づいて、光透過率を算出することが好ましい。
LCD_rate(i,j) = Offset + (Index_Max- LCDPj)/Index_Max
Assist(i,j,c) = (1 - Cin(i,j,c)) * LCD_rate(i,j) * K
Cout(i,j,c) = Cin(i,j,c) + (Cin(i,j,c) * Assist(i,j,c))
Cin(i,j,c):入力画像のi行j列の画素の絵素値
Cout(i,j,c):i行j列の画素の絵素の光透過率
K:任意の値
Offset:入力画像全体の輝度の大きさを示す全体評価値
LCDPj:近似曲線において、j列の画素に対応する値
Index_Max:評価値列の最大値
また、本発明に係る画像表示装置は、上記課題を解決するために、表示パネルの背面に複数の光源がマトリクス状に配列された画像表示装置であって、入力画像の値の分布を近似した水平成分近似曲線および垂直成分近似曲線であって、変化量が所定値以下の水平成分近似曲線および垂直成分近似曲線を生成する近似曲線生成手段と、上記近似曲線生成手段が生成した水平成分近似曲線および垂直成分近似曲線に基づいて、上記複数の光源の出力を制御するための光源データを算出する光源データ算出手段と、上記入力画像および上記近似曲線生成手段が生成した水平成分近似曲線および垂直成分近似曲線に基づいて、上記表示パネルの光透過率を制御するための光透過率を算出する光透過率算出手段と、上記光源データ算出手段が算出した光源データに基づいて、上記複数の光源を駆動する光源駆動手段と、上記光透過率算出手段が算出した光透過率に基づいて、上記表示パネルを駆動する表示パネル駆動手段とを備えることを特徴としている。
なお、上記画像表示装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記画像表示装置の各手段として動作させることにより、上記画像表示装置をコンピュータにて実現させる制御プログラム、及びそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も本発明の範疇に入る。
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、入力画像の値の分布を近似した近似曲線であって、変化量が所定値以下の近似曲線を生成する近似曲線生成手段と、上記近似曲線生成手段が生成した近似曲線に基づいて、上記複数の光源の出力を制御するための光源データを算出する光源データ算出手段と、上記入力画像および上記近似曲線生成手段が生成した近似曲線に基づいて、上記表示パネルの光透過率を制御するための光透過率を算出する光透過率算出手段と、上記光源データ算出手段が算出した光源データに基づいて、上記複数の光源を駆動する光源駆動手段と、上記光透過率算出手段が算出した光透過率に基づいて、上記表示パネルを駆動する表示パネル駆動手段とを備えている構成である。
また、本発明に係る画像表示装置の制御方法は、入力画像の値の分布を近似した近似曲線であって、変化量が所定値以下の近似曲線を生成する近似曲線生成ステップと、上記近似曲線生成ステップにおいて生成された近似曲線に基づいて、上記複数の光源の出力を制御するための光源データを算出する光源データ算出ステップと、上記入力画像および上記近似曲線生成ステップにおいて生成された近似曲線に基づいて、上記表示パネルの光透過率を制御するための光透過率を算出する光透過率算出ステップと、上記光源データ算出ステップにおいて算出された光源データに基づいて、上記複数の光源を駆動する光源駆動ステップと、上記光透過率算出ステップにおいて算出された光透過率に基づいて、上記表示パネルを駆動する表示パネル駆動ステップとを含む。
よって、従来に比べて、局所的に発生する表示映像の破綻を防ぐことができるという効果を奏する。
本発明の実施形態を示すものであり、液晶表示装置の要部構成を示すブロック図である。 上記液晶表示装置が実行する表示処理の一例を示すフローチャートである。 上記液晶表示装置の画像評価部の処理例の概要を示す図である。 評価値列から算出した近似曲線の一例を示す図である。 近似曲線から写像して算出したLEDデータの一例を示す図である。 入力画像の絵素値と、液晶透過率との関係を示す図である。 入力画像の一例を示す図である。 図7に示す入力画像が入力された場合に算出されたLEDデータおよび液晶透過率の一例をグラフで示す図である。 図7に示す入力画像が入力された場合に算出されたLEDデータおよび液晶透過率の一例を模式的に示す図である。 図8または図9に示すLEDデータに基づいてLEDドライバがLEDを駆動し、図8または図9に示す液晶透過率に基づいて液晶ドライバが液晶パネルを駆動した場合の表示画像を示す図である。 液晶パネルの2辺に配列されたLEDを示す図である。 2種類の評価エリア(水平成分評価エリア、垂直成分評価エリア)を示す図である。 入力画像の一例を示す図である。 図13に示す入力画像から生成した水平成分の近似曲線および垂直成分の近似曲線の一例を示す図である。 液晶パネルの背面にマトリクス状に配列されたLEDを示す図である。 連続して入力される複数の入力画像に対する各LEDデータの時間的な変化を示す図である。 入力画像の一例を示す図である。 従来技術を示すものであり、図17に示す入力画像が入力された場合のLEDデータの一例を示す図である。 従来技術を示すものであり、図17に示す入力画像が入力された場合の液晶透過率を示す図である。 従来技術を示すものであり、図18に示すLEDデータに基づいてLEDドライバがLEDを駆動し、図19に示す液晶透過率に基づいて液晶ドライバが液晶パネルを駆動した場合の表示輝度分布を示す図である。 従来技術を示すものであり、図18に示すLEDデータに基づいてLEDドライバがLEDを駆動した場合の実際の輝度分布を示す図である。 従来技術を示すものであり、図17に示す入力画像が入力された場合に、実際の輝度分布を考慮して補正した液晶透過率を示す図である。 従来技術を示すものであり、図18に示すLEDデータに基づいてLEDドライバがLEDを駆動し、図22に示す液晶透過率に基づいて液晶ドライバが液晶パネルを駆動した場合の表示輝度分布を示す図である。
本発明の一実施形態について図1から図15に基づいて説明すると以下の通りである。
〔液晶表示装置の構成〕
図1は、液晶表示装置(画像表示装置)1の要部構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、液晶表示装置1は、制御部11、液晶パネル(表示パネル)12、LED(光源)13、液晶ドライバ(表示パネル駆動手段)14およびLEDドライバ(光源駆動手段)15を備えている。
液晶パネル12は、画素がマトリクス状に配置されている液晶表示素子である。各画素は、赤(R)、緑(G)、青(B)色光を透過する色フィルタが配されたサブピクセル(副画素)を含む。また、液晶パネル12は、画像の表示が可能な表示面を有する。
なお、サブピクセルに配される色フィルタの色の個数は、上述した3色に限定されるものではなく、例えば、2色や4色であってもよい。また、本実施形態では、液晶パネル12の画素数は、1920×1080(フルHD)であるとする。ただし、これに限るものではなく、液晶パネル12の画素数は任意でよい。
LED13は、導光板を介して、液晶パネル12の背面(画像の表示面とは反対側の面)側から光を照射するものである。すなわち、LED13は、バックライトとして機能するものである。LED13は、図1に示すように、液晶パネル12の一方の長辺側に沿って配置される。本実施形態では、48個のLEDが配置されているものとする。
なお、液晶表示装置1のバックライトとして使用する光源はLEDに限るものではなく、任意の光源でよい。また、本実施形態では、エッジライト方式を採用し、液晶パネル12の一方の長辺側にのみLED13を配置しているがこれに限るものではない。例えば、液晶パネル12の長辺側および短辺側の2辺に沿ってLED13を配置してもよい。また、直下型方式を採用して、液晶パネル12の背面側にLED13を配置してもよい。また、本実施形態では、48個のLED13を配置しているが、使用するLED13の個数は任意でよい。
液晶ドライバ14は、制御部11からの指示に基づいて、液晶パネル12を駆動する駆動回路である。具体的には、液晶ドライバ14は、液晶パネル12の各画素(各サブピクセル)に電圧を印加し、各画素(各サブピクセル)の液晶透過率を制御するものである。
LEDドライバ15は、制御部11からの指示(LEDデータ)に基づいて、各LED13を駆動する駆動回路である。すなわち、LEDドライバ15は、各LED13が照射する光の強度をそれぞれ制御するものである。より具体的には、LEDドライバ15は、制御部11からLEDデータ列を取得し、取得したLEDデータ列に基づいて各LED13の出力を制御する。ここで、LEDデータ列とは、各LED13の出力を示すLEDデータを、LED13が配列されている順に並べたものである。つまり、本実施形態では、LEDデータ列とは、48個のLEDデータが並べられたものである。
制御部11は、マイコンなどからなり、液晶表示装置1が備えている各部それぞれを制御することで、液晶表示装置1全体を制御するものである。本実施形態では、制御部11は、機能ブロックとして、画像評価部(画像評価手段)21、LEDデータ算出部(近似曲線生成手段、光源データ算出手段)22および液晶透過率算出部(光透過率算出手段)23を備える構成である。これらの制御部11の各機能ブロック(21〜23)は、CPU(central processing unit)が、ROM(read only memory)等で実現された記憶装置に記憶されているプログラムをRAM(random access memory)等で実現された一時記憶部に読み出して実行することで実現してもよい。また、各機能ブロック(21〜23)は、ソフトウェアで実現するのではなく、ハードウェアで実現してもよい。
画像評価部21は、液晶表示装置1の外部から入力画像を取得し、取得した入力画像を解析するものである。具体的には、画像評価部21は、入力画像を複数のエリアに分割し、各エリアの評価値をそれぞれ特定し、各エリアの評価値を順に並べた評価値列を生成する。それと共に、画像評価部21は、入力画像全体の評価値を特定する。ここで、評価値とは、或る領域の輝度の大きさを示す指標である。画像評価部21は、評価値列をLEDデータ算出部22に出力し、入力画像全体の評価値を液晶透過率算出部23に出力する。なお、以下では、入力画像全体の評価値を全体評価値と称する。
LEDデータ算出部22は、画像評価部21の解析結果に基づいて、LEDデータ(光源データ)を算出するものである。具体的には、LEDデータ算出部22は、画像評価部21から評価値列を取得し、評価値列に基づいて近似曲線を生成し、生成した近似曲線からLEDデータを算出する。LEDデータ算出部22は、算出したLEDデータをLEDドライバ15に出力する。また、LEDデータ算出部22は、生成した近似曲線を液晶透過率算出部23に出力する。
液晶透過率算出部23は、液晶表示装置1の外部から入力画像を取得すると共に、画像評価部21から全体評価値を取得し、LEDデータ算出部22から近似曲線を取得する。そして、液晶透過率算出部23は、取得した入力画像、近似曲線および全体評価値から補正係数を算出し、取得した入力画像と算出した補正係数とに基づいて、液晶透過率(光透過率)を算出するものである。液晶透過率算出部23は、算出した液量透過率を液晶ドライバ14に出力する。
なお、画像評価部21および液晶透過率算出部23は、液晶表示装置1の外部から入力画像を取得しているがこれに限るものではない。液晶表示装置1が記憶部(不図示)を備えている場合、画像評価部21および液晶透過率算出部23は、記憶部から画像を読み出して入力画像を取得してもよい。
〔液晶表示装置の表示処理〕
次に液晶表示装置1が実行する表示処理の一例について図2に基づいて説明する。図2は、液晶表示装置1が実行する表示処理の一例を示すフローチャートである。
図2に示すように、まず、画像評価部21および液晶透過率算出部23は、液晶表示装置1の外部から入力画像を取得する(S1)。次に、画像評価部21は、取得した入力画像を複数のエリアに分割する(S2)。そして、画像評価部21は、各エリアの評価値をそれぞれ特定し、各エリアの評価値を順に並べた評価値列を生成する(S3)。さらに、画像評価部21は、入力画像から全体評価値を特定する(S4)。
次に、LEDデータ算出部22は、画像評価部21が生成した評価値列に基づいて近似曲線を生成する(S5)。そして、LEDデータ算出部22は、生成した近似曲線からLEDデータを算出する(S6)。
また、液晶透過率算出部23は、取得した入力画像、LEDデータ算出部22が生成した近似曲線および画像評価部21が特定した全体評価値から補正係数を算出し、取得した入力画像と算出した補正係数とに基づいて、液晶透過率を算出する(S7)。
そして、LEDドライバ15は、LEDデータ算出部22が算出したLEDデータに基づいてLED13を駆動すると共に、液晶ドライバ14は、液晶透過率算出部23が算出した液晶透過率に基づいて液晶パネル12を駆動する(S8)。
次の入力画像があれば(S9でYES)、上記のS1〜S8を繰り返し、次の入力画像が無ければ(S9でNO)、表示処理を終了する。
〔実施例〕
次に、画像評価部21、LEDデータ算出部22および液晶透過率算出部23のより具体的な処理例について図3〜図10に基づいて説明する。
なお、ここでは、入力画像は0〜255(8bit)階調であり、画素はRGBを含む1ピクセル、絵素はR,G,Bのサブピクセルであるとする。また、LEDデータの値は、0〜1023の10bitであるとする。
(画像評価部の処理例)
まず、画像評価部21の処理例について図3に基づいて説明する。図3は、画像評価部21の処理例の概要を示す図である。
画像評価部21は、図3(b)に示すように、図3(a)に示す入力画像41を長辺方向に対して垂直に5つのエリア41a〜41eに分割する。ただし、入力画像の分割方法はこれに限るものではない。本実施形態では、LED13が液晶パネル12の長辺方向に沿って配置されているため、入力画像41を長辺方向に対して垂直に分割している。例えば、LED13が液晶パネル12の短辺方向に沿って配置されている場合、入力画像41を短辺方向に対して垂直に分割する。
また、LED13が配列されている方向に対して垂直に入力画像を分割していれば、エリアの個数、面積等は任意でよい。例えば、図3(b)に示す例では、5つのエリア41a〜41eに分割しているが、複数のエリアであればよい。また、図3(b)に示す例では、入力画像41を5等分しているが、5つのエリア41a〜41eが互いに異なっていてもよい。なお、エリアの個数は、入力画像中心の評価値を得るために、奇数であることが望ましい。また、エリアの個数が多くなると、評価の精度が高くなる。ただし、エリアの個数がLED13の個数を超えると、評価の精度は向上しないため、LED13の個数以下とすることが望ましい。
次に評価値の特定方法について説明する。本実施例では、まず、画像評価部21は、エリア41a〜41e毎に、エリア内の絵素値の最大値を抽出して代表値とする。例えば、エリア41aにn個の画素があり、R1,G1,B1=(10,20,30)、・・・、Rn,Gn、Bn=(100,150,100)の場合、最大値である150をこのエリア41aの代表値とする。
ここで、代表値の抽出方法は上述の例に限るものではない。例えば、エリア内の絵素値ではなく、エリア内の画素値を参照してもよい。また、エリア内の画素値または絵素値の平均値を代表値としてもよい。また、エリア内の画素値または絵素値のヒストグラムを取り、最も個数の多い画素値または絵素値を代表値としてもよい。また、エリア内の任意の画素または絵素の値を代表値としてもよい。
次に、画像評価部21は、抽出した代表値をそのままを評価値とするのではなく、0〜255を複数のレベルに分けて、代表値が該当するレベルの値を評価値とする。具体的には、0〜255を4等分し、0〜63を「レベル0」、64〜127を「レベル1」、128〜191を「レベル2」、192〜255を「レベル3」とする。例えば、エリア41aの代表値が150であるため、エリア41aの評価値は「2」となる。
このようにして、画像評価部21は、各エリア41a〜41eの評価値を特定し、特定した評価値を順に並べて評価値列(Index)を生成する。ここでは、図3(c)に示すように、評価値列が「2,3,3,3,2」であったとする。
なお、上記のレベルの区分の仕方は任意でよい。本実施例では、0〜255を4等分しているが、レベルの個数、レベルの範囲等は任意でよい。また、レベルに区分することなく、代表値をそのまま評価値としてもよい。
最後に、画像評価部21は、入力画像41に含まれる絵素の最大値を全体評価値(Frame Level)として特定する。ここでは、全体評価値が「200」であったとする。なお、全体評価値の特定方法は、上記の代表値の抽出方法と同じであればよい。
このように、画像評価部21は、入力画像41に対して、所定のエリアに分割して評価し、評価値列という形で数値化する。入力画像41の輝度分布を、LED13が配列している方向に関して、右上がり、左上がり、部分的、均一などの大きな傾向としてつかみ、数値として扱うことができる。すなわち、画像評価部21は、入力画像41の輝度分布を、LED13が配列している方向に関して、近似して数値化する。なお、入力画像41の輝度分布とは、入力画像41を表示した際の輝度の大きさの分布であり、入力画像41の画素値または絵素値の分布に相当するものである。
(LEDデータ算出部の処理例)
次に、LEDデータ算出部22の処理例について説明する。
LEDデータ算出部22は、画像評価部21から評価値列を取得すると、取得した評価値列を元に近似曲線を生成する。本実施例では、図4に示すように、LEDデータ算出部22は、評価値列を元に、二次のBスプライン曲線を生成する。ここで、最終的なBスプライン曲線のプロット点がLED13の個数、つまり、48点になるように、各評価値の間を補間して形状を求める。
ここで、各評価値をx,x,…,xとする。また、各評価値間の分割数をmとする。なお、(n−1)×mはLED13の個数と等しい。
Bスプライン補間は、3点の値からその3点間を補間した値を算出する。すなわち、x〜x間の補間、x〜x、…、xn−2〜xの補間を行う。3点の評価値の中には、LEDプロット点が2m個ある。例えば、x〜x間のLEDプロット点の値LEDP(0<j<2m)は、
LEDPj = (1 - j/2m)2x1 + j/m(1 - j/2m)x2+ (j/2m)2x3として求められる。この計算を順次行い、x〜x間の全てのLEDプロット点の値を算出する。
ただし、LEDデータ算出部22は、変化量(傾き)が所定値以下の近似曲線を生成する。換言すると、LEDデータ算出部22は、互いに隣接するプロット点の差分値が所定値以下となる近似曲線を生成する。
なお、本実施例では、二次のBスプライン曲線を生成しているが、次数は任意でよい。次数を上げれば、より精度の高いディミングを行うことができる。一方、次数が大きくなると、回路規模が増大するため、目的のアプリケーションに応じて次数を適宜設定する。また、本実施例では、Bスプライン曲線を生成しているが、近似曲線の生成方法は任意でよい。
そして、LEDデータ算出部22は、図5に示すように、近似曲線を生成すると、補間値を元にLEDデータへの写像を行い、LEDデータを算出する。このとき、LEDデータの上限値、下限値バイアスは別途設定し、LEDデータの値がその範囲内に収まるように線形写像を行う。なお、LEDデータの上限値を高くすると、画質を保ったままのディミングを行うことができ、LEDデータの下限値を高くすると、映像の破綻をより抑制することができる。一方、上限値、下限値を低く設定すると、低消費電力効果を高くすることができる。
このように、入力画像の画素値または絵素値の分布を近似した近似曲線であって、変化量が所定値以下の近似曲線に基づいてLEDデータを算出することにより、局所的に発生する表示映像の破綻を防ぐことができる。
さらに、液晶表示装置1の機種等に応じて、近似曲線の生成方法を変えることにより、多様な要望に柔軟に対応することができる。一般に、従来技術で使用されている輝度拡散フィルタは光学系が異なれば、作成しなおす必要があるが、本発明を用いることにより、液晶表示装置毎の光学的シミュレーションおよび光学系毎の輝度拡散フィルタが不要となる。
(液晶透過率算出部の処理例)
次に、液晶透過率算出部23の処理例について説明する。液晶透過率算出部23は、入力画像、全体評価値および近似曲線に基づいて、以下のように、補正係数曲線を導出し、液晶透過率を算出する。ここでは、例えば、近似曲線を評価値列の最大値から引いた値(つまり、上下反転した形)を補正係数曲線とする。なお、LEDデータを求める際に使用した近似曲線は、プロット点数がLED13の個数分であったのに対し、補正係数曲線の導出の際は、液晶パネル12の水平画素数分のプロット点を有する近似曲線を別途算出する。このとき、液晶パネル12の水平画素数をNhLCDとし、近似曲線におけるj列の水平画素に対応するプロット点の値をLCDPとすると、
LCD_rate(i,j) = Offset + (Index_Max - LCDPj)/Index_Max
Assist(i,j,c) = (1 - Cin(i,j,c)) * LCD_rate(i,j) * K
Cout(i,j,c) = Cin(i,j,c) + (Cin(i,j,c) * Assist(i,j,c))
ここで、「Cin(i,j,c)」は、入力画像のi行j列の画素の絵素値(c = R or G or B)である。また、「Cout(i,j,c)」は、i行j列の画素の絵素(c = R or G or B)の液晶透過率である。また、「Assist(i,j,c)」は、補正係数である。「K」は、補正強度である。「LCD_rate(i,j)」は、補正係数を導出するための中間値となるものである。また、「Offset」は、8bitの全体評価値(Frame Level)を、近似曲線および評価値列と比較できるように変換した値である。また、「Index_Max」は、評価値列(Index)の最大値である。
また、「LCDPj」は、以下の式で算出される。
LCDPj = (1 - j/2m)2x1 + j/m(1 - j/2m)x2+ (j/2m)2x3 (0<j<2m)
LCDPj = (1 - j/2m)2x3 + j/m(1 - j/2m)x4+ (j/2m)2x5 (2m<j<4m)

LCDPj = (1 - j/2m)2xn-2 + j/m(1 - j/2m)xn-1+ (j/2m)2xn ((n-3)m<j<(n-1)m)
この計算を順次行い、x〜x間の全ての「LCDPj」を算出する。なお、jは整数であり、0<j<NhLCDである。また、mは、各評価値間の分割数であり、(n−1)×mは水平画素数NhLCDと等しい。nは、上述のように、評価値の個数、または、エリア数である。
また、「Cout(i,j,c)」が0〜1の値をとるようにするために、「Cin(i,j,c)」および「LCD_rate(i,j)」を規格化し、「K」は0〜1の任意の値とする。本実施例における「Cout(i,j,c)」と「Cin(i,j,c)」との関係を図6に示す。図6は、入力画像の絵素値と、液晶透過率との関係を示す図である。図6では、横軸が「Cin(i,j,c)」であり、縦軸が「Cout(i,j,c)」である。
後述の図8に示すように入力画像の輝度分布に合わせてLEDデータを小さくするため、液晶透過率を補正しない場合、表示輝度が低下する。そのため、液晶透過率を補正することで、輝度の低下を防ぐことができる。図6に示すように、中間調の補正を大きくし、低階調・高階調での補正を小さくすることにより、階調潰れを防ぐことができる。
(本発明の効果)
最後に、図7に示す入力画像61が入力された場合に、各部の出力結果を以下に示す。
まず、図7に示す入力画像61が入力された場合に、LEDデータ算出部22が算出したLEDデータおよび液晶透過率算出部23が算出した液晶透過率をグラフで図8に示す。図8は、横軸が図7における点Aから点Bの位置に対応するLEDまたは絵素(画素)であり、縦軸がLEDデータまたは液晶透過率の値である。
また、LEDデータ算出部22が算出したLEDデータおよび液晶透過率算出部23が算出した液晶透過率を模式的に図9に示す。図9では、色の濃淡で各LED13のLEDデータ値および画像上の絵素(画素)の液晶透過率を示す。
そして、図10に、図8または図9に示すLEDデータに基づいてLEDドライバ15がLED13を駆動し、図8または図9に示す液晶透過率に基づいて液晶ドライバ14が液晶パネル12を駆動した場合の表示画像を示す。
このように、本発明では、入力画像を近似した近似曲線であって、変化量が所定値以下の近似曲線に基づいて、LEDデータおよび液晶透過率を算出しているため、図12〜図15に示す従来のディミング方法と比較して、局所的な映像の破綻が生じることを防ぐことができる。
〔変形例1〕
本実施形態では、液晶パネル12の長辺側にのみLED13を配列しているがこれに限るものではない。例えば、図11に示すように、LED13を液晶パネル12の長辺側および短辺側に沿って配置してもよい。すなわち、液晶パネル12に対して2辺入光としてもよい。
この場合、画像評価部21は、図12に示すように、2種類の評価エリア(水平成分評価エリア、垂直成分評価エリア)を設定する。具体的には、画像評価部21は、図12(a)に示すように、入力画像を長辺方向(水平方向)に対して垂直に5つの評価エリア(水平成分評価エリア)に分割する。それと共に、画像評価部21は、図12(b)に示すように、入力画像を短辺方向(垂直方向)に対して垂直に3つの評価エリア(垂直成分評価エリア)に分割する。
そして、画像評価部21は、各水平成分評価エリアに対する評価値をそれぞれ特定し、水平成分の評価値列を生成する。それと共に、画像評価部21は、各垂直成分評価エリアに対する評価値をそれぞれ特定し、垂直成分の評価値列を生成する。また、画像評価部21は、全体評価値を特定する。
次に、LEDデータ算出部22は、水平成分の評価値列を近似した水平成分の近似曲線を生成する。それと共に、LEDデータ算出部22は、垂直成分の評価値列を近似した垂直成分の近似曲線を生成する。例えば、図13に示す入力画像が入力された場合、LEDデータ算出部22は、図14に示す水平成分の近似曲線および垂直成分の近似曲線を生成する。
LEDデータ算出部22は、水平成分の近似曲線を写像して、水平成分のLEDデータを算出すると共に、垂直成分の近似曲線を写像して、垂直成分のLEDデータを算出する。ここで、水平成分のLEDデータは長辺側のLED13のLEDデータであり、垂直成分のLEDデータは短辺側のLED13のLEDデータである。
次に、液晶透過率算出部23は、入力画像、全体評価値、並びに、水平成分の近似曲線および垂直成分の近似曲線に基づいて、以下のように、補正係数曲線を導出し、液晶透過率を算出する。ここでは、近似曲線を評価値列の最大値から引いた値(つまり、上下反転した形)を水平成分および垂直成分に関してそれぞれ求め、それらを乗算した値を補正係数曲線とする。
LCD_rate(i,j) = Offset + (Index_Max_h - LCDPj) * (Index_Max_v - LCDPi)/(Index_Max_h * Index_Max_v)
Assist(i,j,c) = (1 - Cin(i,j,c)) * LCD_rate(i,j) * K
Cout(i,j,c) = Cin(i,j,c) + (Cin(i,j,c) * Assist(i,j,c))
また、「LCDPj」は、以下の式で算出される。
LCDPj = (1 - j/2mh)2x1 + j/mh(1 - j/2mh)x2+ (j/2mh)2x3 (0<j<2mh)
LCDPj = (1 - j/2mh)2x3 + j/mh (1 - j/2mh)x4+ (j/2mh)2x5 (2mh<j<4mh)

LCDPj = (1 - j/2mh)2xnh-2 + j/mh (1 - j/2mh)xnh-1+ (j/2mh)2xnh ((nh-3)mh<j<(nh-1)mh)
この計算を順次行い、水平成分の近似曲線のx〜xnh間の全ての「LCDPj」を算出する。なお、jは整数であり、0<j<NhLCDである。また、mは、水平成分の評価値間の分割数であり、(nh−1)×mは水平画素数NhLCDと等しい。nhは、水平成分評価エリア数である。
また、「LCDPi」は、以下の式で算出される。
LCDPi = (1 - i/2mv)2y1 + i/mv(1 - i/2mv)y2+ (i/2mv)2y3 (0<i<2mv)
LCDPi = (1 - i/2mv)2y3 + i/mv (1 - i/2mv)y4+ (i/2mv)2y5 (2mv<i<4mv)

LCDPi = (1 - i/2mv)2ynv-2 + i/mv (1 - i/2mv)ynv-1+ (i/2mv)2ynv ((nv-3)mv<i<(nv-1)mv)
この計算を順次行い、垂直成分の近似曲線のy〜ynv間の全ての「LCDPi」を算出する。なお、iは整数であり、0<i<NvLCDである。また、mは、垂直成分の評価値間の分割数であり、(nv−1)×mは垂直画素数NvLCDと等しい。nvは、垂直成分評価エリア数である。
また、「Cout(i,j,c)」が0〜1の値をとるようにするために、「Cin(i,j,c)」および「LCD_rate(i,j)」を規格化し、「K」は0〜1の任意の値とする。
〔変形例2〕
本実施形態では、液晶パネル12の長辺側にLED13を配列しているがこれに限るものではない。例えば、図15に示すように、LED13を液晶パネル12の背面にマトリクス状に配置してもよい。ここでは、27行48列のLED13を配置するものとする。
この場合、画像評価部21は、上述の変形例1と同様に、2種類の評価エリア(水平成分評価エリア、垂直成分評価エリア)を設定し、水平成分の評価値列および垂直成分の評価値列を生成する。また、画像評価部21は、全体評価値を特定する。
次に、LEDデータ算出部22は、水平成分の評価値列および垂直成分の評価値列にそれぞれ対応する水平成分の近似曲線および垂直成分の近似曲線を生成する。そして、水平成分の近似曲線および垂直成分の近似曲線から水平成分のLEDデータおよび垂直成分のLEDデータをそれぞれ算出する。
ここで、水平成分のLEDデータおよび垂直成分のLEDデータをそれぞれ「LED_data_h_#n」、「LED_data_v_#m」とすると、m行n列のLED13のLEDデータを、
LED_data_f(m,n) = (LED_data_h_#n+ LED_data_v_#m)/2もしくは、
LED_data_f(m,n) = LED_data_h_#n* LED_data_v_#mとして算出する。
次に、液晶透過率算出部23は、入力画像、全体評価値、並びに、水平成分の近似曲線および垂直成分の近似曲線に基づいて、上記変形例1と同様に液晶透過率を算出する。
〔変形例3〕
本実施形態では、物理的な次元において、LEDデータにおける変化量を所定値以下としているが、さらに、時間的な次元において、LEDデータにおける変化量を所定値以下としてもよい。
具体的には、図16に示すように、動画を表示する場合、或る入力画像に対するLEDデータと、次の入力画像に対するLEDデータとの差分が所定値以下になるように、LEDデータを決定してもよい。例えば、或る入力画像に対するLEDデータ(LED_out)は、
LED_out = Pre_LED + (New_LED- Pre_LED) * Tとして求めてもよい。ここで、「Pre_LED」は、上記或る入力画像の1つ前の入力画像に対するLEDデータである(1つ前の入力画像に対する「LED_out」である)。また、「New_LED」は、或る入力画像から生成した評価値列を近似した近似曲線から算出したLEDデータである。「T」は、補正係数であり、0〜1の任意の値とする。
また、時間的な次元において、液晶透過率を導出するために使用する中間値「LCD_rate(i,j)」における変化量を所定値以下としてもよい。
具体的には、動画を表示する場合、或る入力画像の液晶透過率を導出するために使用する上記中間値と、次の入力画像の液晶透過率を導出するために使用する上記中間値との差分が所定値以下になるように、上記中間値を決定してもよい。例えば、或る入力画像に対する中間値「LCD_rate(i,j)」は、
LCD_rate(i,j) = Pre_ LCD_rate(i,j) + (New_ LCD_rate(i,j) - Pre_ LCD_rate(i,j))* Tとして求めてもよい。ここで、「Pre_ LCD_rate(i,j)」は、上記或る入力画像の1つ前の入力画像に対する中間値である(1つ前の入力画像に対する「LCD_rate(i,j)」である)。また、「New_ LCD_rate(i,j)」は、或る入力画像から生成した評価値列を近似した近似曲線から算出した中間値である。「T」は、補正係数であり、0〜1の任意の値とする。
これにより、LED13の輝度は徐々に変化するため、シーンチェンジ等、急激な映像変化の際に、フリッカ等が発生することを防止することができる。
〔変形例4〕
本実施形態では、表示装置として液晶パネルを搭載した液晶表示装置を例示しているが、これに限るものではない。表示装置は、バックライトを有し、表示パネルの光透過率を設定可能なものであればよく、例えば、カラーコルトンのような看板等であってもよい。
〔補足〕
本発明は上述した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る。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を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。
最後に、液晶表示装置1の各ブロック、特に制御部11は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにCPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
すなわち、液晶表示装置1は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである液晶表示装置1の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記液晶表示装置1に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM(登録商標)/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。
また、液晶表示装置1を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
本発明は、入力画像に基づいてバックライトの輝度を制御する機能を有する画像表示装置に利用することができる。
1 液晶表示装置(画像表示装置)
11 制御部
12 液晶パネル(表示パネル)
13 LED(光源)
14 液晶ドライバ(表示パネル駆動手段)
15 LEDドライバ(光源駆動手段)
21 画像評価部(画像評価手段)
22 LEDデータ算出部(近似曲線生成手段、光源データ算出手段)
23 液晶透過率算出部(光透過率算出手段)

Claims (9)

  1. 表示パネルの1辺または2辺に沿って複数の光源が配列された画像表示装置であって、
    入力画像の値の分布を近似した近似曲線であって、変化量が所定値以下の近似曲線を生成する近似曲線生成手段と、
    上記近似曲線生成手段が生成した近似曲線に基づいて、上記複数の光源の出力を制御するための光源データを算出する光源データ算出手段と、
    上記入力画像および上記近似曲線生成手段が生成した近似曲線に基づいて、上記表示パネルの光透過率を制御するための光透過率を算出する光透過率算出手段と、
    上記光源データ算出手段が算出した光源データに基づいて、上記複数の光源を駆動する光源駆動手段と、
    上記光透過率算出手段が算出した光透過率に基づいて、上記表示パネルを駆動する表示パネル駆動手段と、
    上記入力画像を複数のエリアに分割し、各エリアの輝度の大きさを示す評価値をそれぞれ特定し、各エリアの評価値を順に並べた評価値列を生成する画像評価手段と、を備え、
    上記近似曲線生成手段は、上記評価値列からBスプライン曲線を生成するように、上記評価値列を近似して上記近似曲線を生成することを特徴とする画像表示装置。
  2. 上記画像評価手段は、上記エリアに含まれる画素値または絵素値の最大値を、当該エリアの評価値として特定することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
  3. 上記画像評価手段は、上記エリアに含まれる画素値または絵素値の平均値を、当該エリアの評価値として特定することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
  4. 上記画像評価手段は、上記エリアに含まれる画素値または絵素値のヒストグラムを取り、最も個数の多い画素値または絵素値を、当該エリアの評価値として特定することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
  5. 上記光透過率算出手段は、下記の式に基づいて、光透過率を算出することを特徴とする請求項1〜の何れか1項に記載の画像表示装置。
    LCD_rate(i,j) = Offset + (Index_Max - LCDPj)/Index_Max
    Assist(i,j,c) = (1 - Cin(i,j,c)) * LCD_rate(i,j) * K
    Cout(i,j,c) = Cin(i,j,c) + (Cin(i,j,c) * Assist(i,j,c))
    Cin(i,j,c):入力画像のi行j列の画素の絵素値
    Cout(i,j,c):i行j列の画素の絵素の光透過率
    K:任意の値
    Offset:入力画像全体の輝度の大きさを示す全体評価値
    LCDPj:近似曲線において、j列の画素に対応する値
    Index_Max:評価値列の最大値
  6. 表示パネルの背面に複数の光源がマトリクス状に配列された画像表示装置であって、
    入力画像の値の分布を近似した水平成分近似曲線および垂直成分近似曲線であって、変化量が所定値以下の水平成分近似曲線および垂直成分近似曲線を生成する近似曲線生成手段と、
    上記近似曲線生成手段が生成した水平成分近似曲線および垂直成分近似曲線に基づいて、上記複数の光源の出力を制御するための光源データを算出する光源データ算出手段と、
    上記入力画像および上記近似曲線生成手段が生成した水平成分近似曲線および垂直成分近似曲線に基づいて、上記表示パネルの光透過率を制御するための光透過率を算出する光透過率算出手段と、
    上記光源データ算出手段が算出した光源データに基づいて、上記複数の光源を駆動する光源駆動手段と、
    上記光透過率算出手段が算出した光透過率に基づいて、上記表示パネルを駆動する表示パネル駆動手段と、
    上記入力画像を水平方向および垂直方向についてそれぞれ複数のエリアに分割し、各エリアの輝度の大きさを示す評価値をそれぞれ特定し、上記水平方向および上記垂直方向についてそれぞれ各エリアの評価値を順に並べた水平成分の評価値列および垂直成分の評価値列を生成する画像評価手段と、を備え、
    上記近似曲線生成手段は、上記水平成分の評価値列および上記垂直成分の評価値列からBスプライン曲線をそれぞれ生成するように、上記水平成分の評価値列および上記垂直成分の評価値列をそれぞれ近似して上記水平成分近似曲線および上記垂直成分近似曲線を生成することを特徴とする画像表示装置。
  7. 表示パネルの1辺または2辺に沿って複数の光源が配列された画像表示装置の制御方法であって、
    入力画像を複数のエリアに分割し、各エリアの輝度の大きさを示す評価値をそれぞれ特定し、各エリアの評価値を順に並べた評価値列を生成するステップと、
    上記評価値列を生成するステップにおいて生成された評価値列からBスプライン曲線を生成するように、上記評価値列を近似した近似曲線であって、変化量が所定値以下の近似曲線を生成する近似曲線生成ステップと、
    上記近似曲線生成ステップにおいて生成された近似曲線に基づいて、上記複数の光源の出力を制御するための光源データを算出する光源データ算出ステップと、
    上記入力画像および上記近似曲線生成ステップにおいて生成された近似曲線に基づいて、上記表示パネルの光透過率を制御するための光透過率を算出する光透過率算出ステップと、
    上記光源データ算出ステップにおいて算出された光源データに基づいて、上記複数の光源を駆動する光源駆動ステップと、
    上記光透過率算出ステップにおいて算出された光透過率に基づいて、上記表示パネルを駆動する表示パネル駆動ステップとを含むことを特徴とする画像表示装置の制御方法。
  8. 請求項1〜の何れか1項に記載の画像表示装置を動作させるための制御プログラムであって、コンピュータを上記各手段として機能させるための制御プログラム。
  9. 請求項に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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